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Title: Atividade eletromiográfica como ferramenta para identificar preservação de vias aferentes e eferentes em indivíduos com lesão medular completa e crônica
Authors: Simão, Camila Rocha
Keywords: Traumatismos da medula espinhal;Eletromiografia;Marcha;Vias aferentes;Vias eferentes
Issue Date: 20-Dec-2018
Citation: SIMÃO, Camila Rocha. Atividade eletromiográfica como ferramenta para identificar preservação de vias aferentes e eferentes em indivíduos com lesão medular completa e crônica. 2018. 174f. Tese (Doutorado em Fisioterapia) - Centro de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Introdução: Sabe-se que mesmo após uma lesão medular completa (LMC) podem haver vias axonais preservadas abaixo do nível da lesão, o que pode ser demonstrado pela eletromiografia de superfície (EMGs) . Entretanto, pouco se sabe sobre o comportamento transversal e longitudinal do sinal e suas propriedades espectrais em resposta à aferência sensorial pela carga associada aos comandos descendentes supraespinais durante tentativa de dar passos. Objetivos: 1) Investigar a presença de vias axonais eferentes preservadas em indivíduo com LMC por meio da análise do comportamento temporal e espectral do sinal EMGs de músculos abaixo do nível da lesão durante tentativa de movimentação voluntária em ortostatismo; 2) Analisar o comportamento das propriedades temporais e espectrais do sinal EMGs de músculos abaixo da lesão em indivíduos com LMC e a presença de modulação aferente e eferente durante a execução de tarefas locomotoras Métodos: Trata-se de um estudo observacional analítico, no qual participaram 3 indivíduos com LMC e crônica (mais de 1 ano após lesão). O sinal EMGs de músculos localizados abaixo da lesão foi registrado por meio de medidas repetidas durante duas etapas. Na primeira etapa, o sinal EMGs foi registrado na postura ortostática assistida concomitante à tentativa de dar passos de acordo com 4 dicas verbais (RÁPIDO, LENTO, ALTO e LARGO). Na segunda etapa, o sinal EMGs dos mesmos grupos musculares, foi registrado durante treino de marcha assistida por órtese robótica Lokomat® sem comando concomitante à tentativa de dar passos de acordo com 2 comandos verbais (ALTO e LARGO). Foi analisado o comportamento do sinal EMGs para os músculos reto femoral, bíceps femoral, tibial anterior e gastrocnêmio medial bilateralmente. O sinal EMGs rebatido e filtrado e o envoltório linear foram apresentados graficamente. A representação das características espectrais ao longo do tempo foi determinada pelo espectrograma. A partir da identificação da contrações musculares e da atividade mioelétrica em cada ciclo de marcha assistida, foram determinados: duração, RMS, pico da amplitude, integral matemática e a frequência mediana do sinal EMGs para cada condição experimental. Teste Friedman foi utilizado para comparar as variáveis dependentes entre os diferentes comandos, entre as medidas repetidas em ortostatismo, ao longo do tempo durante treino de marcha assistida e entre as condições de marcha com e sem comando verbal. A significância estatística foi estabelecida em 5%. Resultados: 1) Foi observada modulação eferente do sinal EMGs dos músculos reto femoral esquerdo (RFE) e bíceps femoral direito (BFD) coincidentes com início da tentativa de movimentação voluntária. Foram identificadas contrações musculares no sinal EMGs, mesmo na ausência de contração muscular visível, e a amplitude e frequência mediana do sinal se comportaram de forma diferente de acordo com o comando verbal utilizado; 2) Foi observado que a modulação eferente do sinal EMGs do RFE e BFD durante tentativa de movimentação voluntária dos MMII do participante 1 foi um achado sistemá tico na análise longitudinal dos dados demonstrando um aumento na amplitude (integral matemática) e concomitante diminuição da frequência mediana ao longo do tempo; 3) Foi identificada a modulação aferente do sinal EMGs nos três participantes do estudo durante o treino de marcha assistida. Músculos que não apresentaram modulação durante ortostatismo com tentativa de movimentação voluntária, apresentaram modulação pela aferência sensorial rítmica ofertada pelo treino de marcha assistida; 4) A integral matemática e a frequência mediana se comportaram como propriedades que variam em acordo com as modulações de origem aferente ou eferente do sinal EMGs; 5) A inspeção visual gráfica do sinal EMGs bem como a análise estatística permitiram identificar a presença de modulação aferente e eferente em participantes com LMC se confirmando a importância dessa ferramenta para avaliação desta população. Conclusão: A presença de modulação aferente e eferente do sinal EMGs sugere a preservação de vias supraespinais e espinais íntegras as quais interferem no output motor de indivíduos com LMC. Tais achados direcionam para um novo paradigma no processo de avaliação e reabilitação desta população o qual estabelece possíveis perspectivas de neuroplasticidade abaixo na lesão. Desta forma, considera-se importante a análise do sinal EMGs e de suas propriedades espectrais e temporais para desenvolvimento de recursos que possam otimizar o processo de neuroplasticidade nesta população.
Abstract: Introduction: It is known that even after a complete spinal cord injury (cSCI) there may be preserved axonal pathways below the lesion level, which can be demonstrated by surface electromyography (sEMG). However, little is known about the transverse and longitudinal behavior of the signal and its spectral properties in response to sensory afferent due to the load associated with the supraspinal descending commands during attempted steps. Objectives: 1) To investigate the presence of preserved efferent axonal pathways in individuals with cSCI by analyzing the temporal and spectral behavior of the EMG signal of muscles below the level of the lesion during attempted voluntary movement in orthostatism; 2) To analyze the behavior of the temporal and spectral properties of the signal sEMG of muscles below the lesion in individuals with cSCI and the presence of afferent and efferent modulation during execution of locomotor tasks Methods: It is an observational analytical study in which 3 individuals with cSCI and chronic (more than 1 year after injury) participated. The sEMG signal of muscles located below the lesion was recorded by repeated measurements during two steps. In the first stage, the EMG signal was recorded in the assisted orthostatic posture concomitant with the attempt to take steps according to 4 verbal cues (FAST, SLOW, HIGH, and LONG). In the second stage, the EMG signal of the same muscle groups was recorded during the Lokomat® robotic orthosis-assisted gait training without commands, concomitant to the attempt to take steps according to 2 verbal commands (HIGH and LONG). It was analyzed the behavior of the EMG signal of the following muscles rectus femoris (RF), biceps femoral (BF), tibialis anterior (TA) and medial gastrocnemius (MG) bilaterally. The collapsed and filtered EMGs signal and the linear envelope were plotted. The representation of the spectral characteristics over time was determined by the spectrogram. From the identification of muscle contractions and myoelectric activity in each cycle of assisted gait, it was determined: duration, RMS, amplitude peak, mathematical integral and median frequency of the EMG signal for each experimental condition. Friedman test was used to compare the dependent variables between the different commands, between measures repeated in orthostatism, over time during assisted walking training and between gait conditions with and without a verbal command. The statistical significance was set at 5 %. Results: 1) It was observed efferent modulation of the left RF and right BF signal EMGs coinciding with the commencement of the voluntary movement attempt was observed. It was identified muscle contractions in the EMG signal, even in the absence of visible muscle contraction, and the amplitude and median frequency of the signal behaved differently according to the verbal command used; 2) It was observed that the efferent modulation of the EMG signal of the left RF and right BF during attempt of voluntary movement of the participant 1 was systematic finding in the longitudinal analysis of the data demonstrating an increase in amplitude (mathematical integral) concomitant to decrease of the median frequency over time; 3) It was identified the afferent modulation of the EMG signal in the three study participants during the assisted gait training. Muscles that did not show modulation during orthostatism with attempt of voluntary movement, presented modulation by the rhythmic sensorial afferent offered by the assisted gait training; 4) The mathematical integral and the median frequency behaved as properties that vary according to the modulations of afferent or efferent origin of the signal sEMG; 5) The graphic visual inspection of the sEMG signal as well as the statistical analysis allowed to identify the presence of afferent and efferent modulation in participants with cSCI confirming the importance of this tool for the evaluation of this population. Conclusion: The presence of afferent and efferent modulation of the sEMG signal suggests the preservation of intact supraspinal and spinal pathways which interfere in the motor output of individuals with cSCI. Such findings direct towards a new paradigm in the process of evaluation and rehabilitation of this population which establishes possible perspectives of neuroplasticity below in the lesion. Therefore, it is considered important the analysis of the EMG signal and its spectral and temporal properties for the development of resources that can optimize the neuroplasticity process in this population.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27586
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