La Electromiografía (EMG) es una técnica que permite el registro de la actividad eléctrica generada por la despolarización de la membrana de la célula muscular y que ayuda al diagnóstico en algunas afecciones (nerviosas y musculares). Dentro de la EMG se pueden distinguir dos especialidades: diagnóstica y cinesiológica. Con la cinesiológica se estudia la función muscular y su coordinación.
Relación entre la fuerza y la electromiografía del bíceps braquial en movimientos de supinación y pronación.
AUTORES
Enrique Ramón Arbués. Enfermero especialista en Obstetricia y Ginecología (Matrona). Profesor del Grado en enfermería de la Universidad San Jorge de Zaragoza.
Carmen Lavilla Villaverde. Enfermera.
Ana Maldonado Doménech. Enfermera.
Inés Julián García. Enfermera.
Esther Lacuey Borrachina. Estudiante de Fisioterapia.
Ángel Alberto López Rabadá. Estudiante de Fisioterapia.
Elsa Mallor López. Estudiante de Fisioterapia.
Víctor Martínez Forniés. Estudiante de Fisioterapia.
Jorge Monzón Torralba. Estudiante de Fisioterapia.
INTRODUCCIÓN
La Electromiografía (EMG) es una técnica que permite el registro de la actividad eléctrica generada por la despolarización de la membrana de la célula muscular y que ayuda al diagnóstico en algunas afecciones (nerviosas y musculares). Dentro de la EMG se pueden distinguir dos especialidades: diagnóstica y cinesiológica. Con la cinesiológica se estudia la función muscular y su coordinación. (1)
Estudios de la función normal de un músculo durante movimientos y posturas determinadas, pueden determinar qué músculos participan en movimientos concretos, en qué fase lo hacen y con qué intensidad, así como la coordinación de los músculos entre sí en dichos movimientos hecho que es imprescindible dentro del área de la anatomía funcional. (2)
El sistema de registro debe constar de elementos para recoger, amplificar, filtrar, guardar y tratar las señales mioeléctricas. (3)
Para la detección de la señal se utilizan electrodos de superficie o de aguja. En concreto, en fisioterapia se emplean los de superficie por ser incruentos, no obstante, tienen el inconveniente de que solo se pueden usar en músculos superficiales y, además pueden captar potenciales de músculos contiguos, siendo su precisión inferior a los electrodos de aguja. (3)
Los electrodos están conectados al aparato mediante cables por los que transmiten las señales, aunque también se pueden transmitir por sistemas de telemetría que permiten gran libertad de movimiento y disminución de interferencias. (3)
Dada la baja intensidad de las señales eléctricas musculares es necesario amplificarlas. Estos problemas pueden ser minimizados mediante preamplificadores de señal colocados lo más cerca posible del lugar de registro. (3)
Es importante el uso de filtros, sobre todo cuando se realiza Electromiografía (EMG) de superficie, de forma que se filtren las señales con frecuencias bajas, eliminando ruidos de los tejidos del propio amplificador. (3)
En la cuantificación de la señal existe poca repetitividad y gran carga subjetiva a la hora de definir el comienzo y la finalización de la actividad muscular a partir de la correspondiente Electromiografía (EMG). Tras el muestreo, los datos son digitalizados, pasando de una representación analógica (continua) de la señal a una representación digital (discreta y binaria), compatible con el ordenador. (4, 5)
Para interpretar estos datos, hay que normalizarlos. La técnica de normalización consiste en tratar los datos funcionales de cada electrodo como un coeficiente (porcentaje) relativo a algún valor de referencia generado con el mismo electrodo. La escala de referencia se efectúa través del dinamómetro tomando las medidas de contracción voluntaria máxima que son las que se emplean para hacer los porcentajes. Se hace un test de máxima contracción isométrica de 4-5 segundos, tomando el valor medio de la señal como valor de referencia. (4, 5)
Está ampliamente aceptado que la señal Electromiografía (EMG) está relacionada con la tensión muscular o fuerza ejercida por un músculo, pero es difícil de definir cuantitativamente. Se podría esperar una relación directa entre EMG y fuerza pero todavía hay controversia acerca de su linealidad. (6)
Aunque parece haber evidencias de la existencia de una relación algebraica simple entre la Electromiografía (EMG) y la respuesta muscular (fuerza, trabajo) en tareas isométricas, no parece que se igual en condiciones dinámicas. (7)
La Electromiografía (EMG) dinámica identifica la secuencia de activación muscular y el esfuerzo relativo pero no especifica la fuerza verdadera ya que ciertos factores modifican la efectividad muscular. Estos factores son: tipo de contracción, velocidad de contracción, posición articular y acción sinérgica de los músculos. (3)
Según otros autores, cuando se realiza una contracción isométrica hasta que la carga llega al 70% de la fuerza isométrica máxima, la actividad integrada crece en proporción directa a la fuerza muscular. A partir de ahí no tiene ya ninguna incidencia sobre la amplitud. (8)
También hay autores que apuntan que dicha relación depende del ratio de fuerza de la contracción, siendo lineal hasta el 30-40% de la contracción máxima voluntaria. (7)
La recogida de datos es bastante dificultosa y larga y el aparataje que se precisa es bastante complejo. A pesar de ello, cada vez hay más laboratorios que disponen de las herramientas necesarias. La mayoría de ellos son laboratorios en los que se hacen análisis en el deporte o estudios ergonómicos y dentro del área médica, se suele usar la Electromiografía (EMG) en el diagnóstico clínico y cada vez más, por su gran importancia en el análisis de movimientos, ayudando al diagnóstico de algunas alteraciones, a dar pautas de tratamiento y a controlar dichos tratamientos. (8)
El bíceps braquial es un musculo con dos porciones (corta y larga), las cuales se originan en la apófisis coracoides y en el tubérculo supra glenoideo de la escapula respectivamente. Aproximadamente a mitad de brazo las dos porciones se unen en un solo vientre muscular hasta su inserción mediante un tendón en la tuberosidad del radio, el cual en algunas personas se bifurca en dos. (9)
El músculo esta inervado por el nervio musculo cutáneo, el cual transcurre entre este y el braquial. El bíceps braquial es uno de los flexores de hombro del cuerpo humano, pero debido a que además actúa como supinador del antebrazo, sus acciones son considerablemente diferentes del resto de flexores del hombro. (10)
Algunos autores dicen que el bíceps con el codo flexionado a su función de flexor del brazo, añade también la de potente supinador, ya que en esta posición el brazo de palanca se sitúa casi perpendicular al eje de prono-supinación. (11) Este musculo actúa por tracción y su máxima eficacia se da cuando el codo está en flexión de 90º, es el musculo más potente de todos los que intervienen en la prono-supinación. (12)
La verdadera función de los flexores de antebrazo (bíceps braquial, braquial anterior y supinador largo), a pesar de los estudios realizados no se sabe todavía su verdadera función. Todos ellos participan de manera primordial en la flexión, pero además tienen movimientos añadidos de codo. El bíceps según Basmajian, suele entrar en actividad durante la flexión del antebrazo supinado en todas las situaciones y durante la flexión del antebrazo semipronado al levantar una carga de 900 gramos mientras que con el antebrazo pronado, en la mayoría de los casos, el bíceps desempeña un papel escaso o nulo en la flexión, en el mantenimiento de la flexión del codo y en la acción antagonista durante la extensión, aunque el brazo sostenga una carga. (13)
Para García Manso JM y cols., cuando el antebrazo está en pronación forzada el bíceps no entra en acción, hasta que la resistencia no es muy grande. (14)
Dado que al bíceps se le atribuye una mayor participación en la flexión en supinación que en pronación, el objetivo de nuestro estudio ha sido analizar su actividad electromiografía con el antebrazo en supinación y pronación, realizando distintos porcentajes de fuerza isométrica.
MATERIAL Y MÉTODO
MATERIAL UTILIZADO
El registro electromiográfico se llevó a cabo mediante un sistema Muscle Tester ME 3000 Professional de Mega Electronics Ltd. que consta de:
• Unidad de medición. Es una unidad ligera que tiene:
Una pantalla (2 x 24) y un teclado.
Cuatro conectores para:
Dos cables de recogida de señales electromiográficas (EMG).
Un marcador de señales externas.
Un cable óptico para la conexión al ordenador.
o Ranura para la tarjeta de memoria.
• Dos Cables para medición de Electromiografía (EMG) con preamplificador incorporado. Cada cable tiene salida para dos músculos.
• Cable interface opto RS/NP TWIN que transfiere la señal al ordenador en tiempo real o permite su volcado posterior, desde la unidad de transmisión, si se ha recogido con anterioridad.
• Software MegaWin para tratamiento de la señal electromiográfica.
• Electrodos de superficie. Los electrodos utilizados para la recogida de las señales eléctricas son de contacto y desechables, con un núcleo central de 8 mm de diámetro de Ag/AgCl y con material adhesivo que se fija a la piel.
• Dinamómetro para medir la intensidad de la fuerza muscular desarrollada se utilizó un dinamómetro creado por el servicio de Instrumentación de la Universidad de Zaragoza, utilizando una célula de carga comercial. Dispone de:
Un Resorte que se encuentra sujeto a una barra rígida y vertical fijada en la pared, pudiendo graduarse la posición en altura del resorte.
Una Caja con pantalla en la que se refleja (expresada en kg) la fuerza muscular ejercida cada instante y la máxima a lo largo de una medición.
• Balanza de precisión de 100 gramos y capacidad de 0,1- 150Kg.
• Tallímetro de precisión de 1 mm y capacidad de medida de 1 a 2000 mm.
MÉTODO
Muestra: 17 sujetos, estudiantes de 2º curso del Grado en Fisioterapia de la Universidad de Zaragoza, participaron en el estudio.
Se recogieron las variables: sexo, peso, talla, actividad física y dominancia/lateralidad (todos los participantes son diestros).
Se dispuso una camilla con su parte distal apoyada en la barra longitudinal del dinamómetro situando a los sujetos en decúbito supino con el brazo dominante pegado al cuerpo y a la camilla y en flexión de codo de 90º.
En la región distal del antebrazo de los participantes se colocó una muñequera fijada mediante cuerda fija-inextensible a la barra vertical del dinamómetro. Esta cuerda debía permanecer paralela al plano de la camilla en cada una de las mediciones realizadas con el fin de evitar la participación de otros grupos musculares durante las contracciones mantenidas. En esta posición, y tras limpieza de la zona con alcohol de 96º, se colocaron los electrodos electromiográficos de superficie. Dos a nivel del vientre muscular del bíceps braquial y un tercero, el electrodo de masa, en una región ósea próxima (para este estudio se escogió la zona epitroclear).
En esta disposición se ejecutó un test de contracción isométrica máxima que se repitió dos veces a la vez que se recogía la señal electromiográfica durante 3 segundos. La mayor fuerza registrada en el dinamómetro se consideró la fuerza isométrica máxima, a partir de la cual se calcularon el 25%, el 50% y el 75% de ésta. Esta secuencia de trabajo se realizó tanto para la supinación como para la pronación del antebrazo. Para asegurar ambas posiciones los participantes sujetaron una barra cilíndrica fina que sirviese de guía direccional de su fuerza. Figuras 1 y 2.
El dato numérico de los kilos de fuerza que el sujeto estaba realizando podía visualizarlo en el monitor del dinamómetro y esto le servía de información para mantener dicha fuerza durante el tiempo de recogida de la señal electromiográfica.
La recogida de la señal electromiográfica por la unidad de medición se realizó en la forma “averaged on line”, esto implica una rectificación de la señal bipolar a unipolar y el promedio de ésta cada 32ms. La frecuencia de recogida de muestreo fue de 1000 Hz. El tiempo de recogida se fijó en 3 segundos.
El software nos permitió cuantificar la señal mostrando los niveles medios con su desviación estándar, el pico máximo, el pico mínimo y el área por debajo de la señal en mV/s, del trazado obtenido en los 3 segundos de contracción isométrica. Este último dato, el área por debajo de la señal, es el dato recogido para obtener la media en un segundo.
La normalización de los valores absolutos no representan el esfuerzo muscular ya que son muchos los factores que influyen en la señal electromiográfica registrada, por eso hay que expresarlos respecto a un valor de referencia obtenido por los mismos electrodos. Esto permitió relacionar los datos entre diferentes sujetos, pruebas distintas en el mismo sujeto o diferentes grupos musculares. Lo más frecuente es normalizar los datos respecto a la contracción voluntaria máxima isométrica (CVM). En este estudio se siguió este procedimiento de normalización utilizando, la media en un segundo, del área integrada durante la CVM isométrica.
Para el tratamiento de los datos se utilizó el programa estadístico SPSS (versión 15) realizando un estudio descriptivo de la muestra y posterior análisis de los datos.
RESULTADOS
Se obtuvieron los valores medios y la desviación estándar, valores máximos y mínimos de la actividad electromiográfica del músculo bíceps (EMG) en los distintos porcentajes de fuerza 25%, 50% y 75% con el antebrazo en posición de supinación y pronación.
Para comprobar la normalidad de la distribución de los datos, se han aplicado los coeficientes de asimetría y curtosis y la prueba de Kolmogrof-Smirnov como test de la bondad de ajuste.
Se aplicó el test de Wilcoxon o “prueba de rangos y pares iguales” para series apareadas por no cumplir todos los datos los criterios de normalidad con la finalidad de comprobar si existen diferencias al realizar cada uno de los porcentajes de fuerza.
Por último se aplicó un ANOVA para analizar la varianza.
En la tabla 1 se observa que, todos los porcentajes se encuentran por debajo del valor que se esperaba obtener llamando especialmente la atención en los porcentajes 25% y 50% de pronación.
Se aprecia además, que conforme aumenta el porcentaje de fuerza realizada por el sujeto a estudio, el valor medio de la actividad electromiográfica se aproxima más a este tanto por ciento esperado sin llegar a alcanzarlo excepto en el 75% de la contracción voluntaria máxima en pronación donde no sólo la alcanza sino que la supera ligeramente.
En general los valores de actividad electromiográfica obtenidos en supinación son mayores que en pronación salvo en la situación comentada anteriormente.
De igual modo, la fuerza media máxima en supinación es ligeramente mayor que en pronación.
Tabla 1: Valores medios de la actividad electromiográfica del músculo bíceps braquial en distintos momentos del estudio con supinación y pronación del antebrazo.
- CVM: Contracción voluntaria máxima.
- DS: Desviación típica.
Tabla 2: Estadísticos de contraste
a. Basado en los rangos positivos.
b. Prueba de los rangos con signo de Wilcoxon
Comparando la situación de pronación y supinación no aparecen diferencias estadísticamente significativas porque ninguno de los valores es inferior a 0,05. Aunque se observa una tendencia cuando se realiza poca fuerza a que la participación del bíceps sea menor en pronación que en supinación y también a que la fuerza global de los músculos flexores sea mayor en supinación que en pronación.
La ANOVA aplicada a las pruebas repetidas muestra que los aumentos de valor en la electromiografía en los distintos porcentajes de fuerza comparados por pares presentan diferencias significativas en todos ellos.
Algunos de los datos de nuestro trabajo no siguen una distribución normal si bien la mayoría de ellos si se encuentran dentro de la normalidad.
Los resultados muestran que no hay diferencias estadísticamente significativas en la actividad electromiográfica del músculo bíceps en ambas posiciones. Puede observarse una tendencia a una menor actividad en la posición de pronación cuando se realiza poca fuerza (25% de la contracción máxima voluntaria) con una P de 0,062.
DISCUSIÓN
Respecto al método utilizado, se eligió la posición de 90º de flexión de codo ya que ésta corresponde al momento en que el bíceps realiza su fuerza máxima como recoge Kapandji: “el ángulo de máxima eficacia se sitúa entre los 80 y 90º en el caso del bíceps”. (12)
En relación a los resultados obtenidos en nuestro estudio, el músculo bíceps, al realizar el 25% de la fuerza máxima, ha presentado actividad electromiográfica tanto en supinación (16,93%) como pronación (13,80%) careciendo la diferencia entre ellas de importancia estadísticamente significativa ( 0,062) ello mismo se puede observar en los valores obtenidos al realizar el 50% de la fuerza máxima, por lo que podríamos afirmar que existe la tendencia a que la actividad muscular en pronación sea menor a pesar de que en el último de los casos estudiados (75%) la fuerza máxima ha sido mayor en pronación (75,11%) que en supinación (69,81%) por no existir también en este caso diferencias significativas (0,831).
Esta misma idea la compartirán la mayoría de los autores consultados para el trabajo quienes defienden que, la fuerza flexora del bíceps es menor en pronación que supinación especialmente cuando las cargas son pequeñas por estar el tendón de dicho músculo enrollado en la tuberosidad del radio siendo ello motivo de desventaja mecánica ya que, cuando el antebrazo está en pronación forzada, el bíceps no entra en acción hasta que la resistencia es muy grande. (11, 13, 14)
En nuestro caso y como se ha visto anteriormente, a pesar de trabajar menos en pronación que en supinación muestra actividad, lo que es debido a que sí que se ofrecía cierto grado de resistencia en esa posición. De este modo, se confirma lo dicho por Akira Naito, (7, 8) quien confirma que, el hecho de que la actividad del bíceps sea mayor en supinación, no quiere decir que el éste sea inactivo en pronación.
De igual modo, el hecho de obtener valores menores en pronación se puede entender a raíz de lo recogido por Blanc Y. y Viel E. (16) quienes afirman que en contracción isométrica sin carga con el antebrazo en pronación, el que trabaja es el braquial anterior y como consecuencia de lo dicho por Kapandji que recoge que, con el brazo supinado, de los músculos flexores es el bíceps el que actúa con mayor potencia y el que se recluta principalmente.
En definitiva, no se observa diferencia significativa en la actividad electromiográfica (EMG) del bíceps para los distintos porcentajes de fuerza en la posición de supinación y pronación del antebrazo. No obstante, esta conclusión podría ser matizada en uno u otro sentido utilizando un tamaño muestral mayor y comenzando las mediciones desde porcentajes de fuerza menores.
La mayoría de los autores consultados coinciden en que la fuerza global de los flexores de codo es mayor en supinación que en pronación, ya que el bíceps participa más en esta posición dada su función de flexor y supinador. En nuestro estudio la fuerza también ha sido mayor en supinación que en pronación y a pesar de que las diferencias entre ambas no tienen significación estadística, si hay una tendencia (p=0,059) a que la fuerza sea mayor en esta posición. (7, 9, 10, 13, 14)
BIBLIOGRAFÍA
1) Villarroya-Aparicio A, Marco-Sanz MC, Moros-García T. Electromiografía cinesiológica. Rehabilitación (Madr) 1997; 31: 230-6.
2) Jonsson B. Electromiography Kinesiology. Aims and fields of use. En: Desmedt JE, Eds: New developments in eletromiography and clinical neurophysiology. Basilea: karger. 1973; 498-501.
3) Sánchez-Lacuesta J, Prat J, Hoyos JV, Viosca E, Soler-Gracia C, Comín M et al. Biomecánica de la marcha humana normal y patológica. 1ª ed. Valencia: Instituto Biomecánica de Valencia; 1993.
4) Doheny EP, Lowery MM, Fitzpatrick DP, O'Malley MJ. Effect of elbow joint angle on force-EMG relationships in human elbow flexor and extensor muscles. J Electromyogr Kinesiol. 2008 Oct.; 18 (5):760-70.
5) Gutiérrez-Dávila M. Estructura biomecánica de la motricidad. 1º ed. Granada: Alambra; 1998.
6) García-Fogeda A, Usach-Minguillón R. Relación entre la fuerza y la electromiografía (EMG) del vasto interno del cuádriceps, en movimientos de media sentadilla con carga. Biomecánica. 2006; 14 (2): 12-6.
7) Naito A. Electrophysiological studies of muscles in the human upper limb: the biceps brachii. Anat. Sci Int. 2004 Mar; 79 (1): 11-20.
8) Gutiérrez-Dávila M. Medida de la tensión muscular en condiciones isométricas. Relación entre el registro EMG y carga. Motricidad. 1987 Jul.; 0: 58-67.
9) Naito A. Electrophysiological studies of muscles in the human upper limb: the biceps brachii. Anat. Sci Int. 2004 Mar; 79 (1): 11-20.
10) Naito A, Yajima M, Fukamachi H, Ushikoshi K, Sun YJ, Shimizu Y. Electromyographic (EMG) study of the elbow flexors during supination and pronation of the forearm. Tohoku J Exp Med. 1995 Apr; 175 (4):285-8.
11) Gilroy AM, MacPherson BR, Ross LM, Schünke M, Schulte E, Schumacher U. Prometheus. Atlas de Anatomía. Tomo 1. Madrid: Ed. Panamericana; 2005.
12) Kapandji AI. Fisiología articular. Miembro superior. 5ª ed. Madrid: Editorial Médica- Panamericana; 1998.
13) Basmajian JV. Electrofisiología de la acción muscular. 1ª ed. Buenos Aires: Editorial Médica-Panamericana; 1976.
14) García JM, Vázquez I, Hernández R. Bases de la musculación del miembro superior. Parte I: la flexión del codo. Revista de Entrenamiento Deportivo. 2001; 15 (4): 19-28.
15) Poliquin C. The Poliquin principles: Successful methods for strength and mass development. New York: Dayton Writers Groups; 1997.
16) Blanc Y, Viel E. Comportamiento motor del miembro superior. En: Enciclopedia Médico-Quirúrgica. Paris: Elsevier; 2012.