Eletromiografia

A Eletromiografia (EMG) é uma técnica de eletrodiagnóstico que registra e monitora a ativação neuromuscular por meio da atividade elétrica gerada pela contração muscular e os ciclos de relaxamento, ou seja, a atividade elétrica das unidades motoras de um músculo [1].

Este monitoramento da atividade elétrica das membranas excitáveis das células musculares, representa os potencias de ação deflagrados por meio da leitura da tensão elétrica (voltagem em função do tempo). A técnica de EMG proporciona o estudo da atividade de unidade motora, a qual se compõe de uma célula do corno anterior da medula, um axônio, suas junções neuromusculares e todas as fibras musculares inervadas por este axônio. O axônio é responsável por conduzir um impulso para as fibras musculares inervadas, de modo que ocorra despolarização relativamente simultânea, no qual a despolarização produz atividade elétrica que se manifesta como potencial de ação da unidade motora, o que pode ser registrada graficamente como eletromiograma [2].

O sinal eletromiográfico é o somatório algébrico de todos os potenciais de ação oriundos das unidades motoras ativas que emanam para a superfície da pele detectados sob a área de alcance dos eletrodos, possibilitando quantificar a atividade neuromuscular no repouso ou durante a realização de um movimento [3]. O sinal de EMG pode ser afetado por propriedades musculares, anatômicas e fisiológicas, assim como pelo controle do sistema nervoso periférico e a instrumentação utilizada para a aquisição dos sinais[4].

Contração muscular

Quando o comando motor cortical modulado (potencial de ação) atinge a junção neuromuscular há liberação de acetilcolina (Ach), que se liga aos receptores nicotínicos na membrana muscular, sendo estes receptores um complexo protéico constituído de duas subunidades de proteínas alfa, cada uma das subunidades de proteínas beta, delta e gama [5]. Os receptores funcionam como canais iônicos que permanecem contraídos até que duas moléculas de Ach se liguem às subunidades alfa, resultando na abertura seletiva dos canais de Na+ e K+, com a entrada brusca de íons sódio no interior da fibra muscular, despolarizando a célula (potencial de membrana aumenta por até 50 a 75 milivolts) e desencadeando o potencial de placa motora que será transmitido por toda a extensão da fibra muscular, se deslocando através da rede de túbulos T [5,6,7].

No centro da fibra muscular está o aparelho contrátil, constituído por miofibrilas envolvidas pelo retículo sarcoplasmático responsável pelo armazenamento de íons de Ca++, que serão liberados no citosol durante o potencial de placa motora e se unem à troponina C, induzindo à contração muscular; sendo recapturados pelas bombas de cálcio na repolarização (media, para que haja o relaxamento muscular [5,6]. A ligação do Ca++ à troponina resulta no afastamento entre esta e a actina, expondo os sítios de ligação para a miosina, formando as pontes transversas. As pontes são responsáveis pelo deslizamento da actnina sobre a miosina, aproximando as linhas Z, resultando no encurtamento do sarcômero, e assim, na contração muscular[5,7]. Durante o relaxamento muscular as pontes transversas diminuem e os filamentos se deslocam livremente[6,7].

O efeito dominante de a taxa de disparo da unidade motora está limitado à frequência da taxa disparo média (15 a 25 Hz). Todos estes efeitos relacionados com a taxa de disparo são refletidos no espectro do sinal EMG em frequências de 15 a 25 Hz para a maioria das contrações na maior parte dos músculos. A fim de manter a estabilidade de sinal, melhorar estacionariedade, e eliminar artefatos de movimento, o sinal EMG deve ser detectado com um ponto de corte de baixa frequência de 20 Hz [8]. 

Aplicabilidade clínica

É uma técnica amplamente utilizada na área de reabilitação e de engenharia, auxiliando o entendimento das propriedades eletrofisiológicas e condições patológicas, de forma a complementar o diagnóstico das alterações musculoesqueléticas e avaliação de efeitos terapêuticos [9,10].

A aplicabilidade na reabilitação é uma ferramenta clínica importante para a tomada de decisões baseadas em evidências, principalmente em relação à função muscular, o tempo de ativação e as intervenções que irão afetar a contração muscular [11].

A EMG é utilizada em vários campos de investigação clínica para avaliar a atividade muscular, fadiga, e velocidade de condução, e a análise precisa compreende a utilização do equipamento, a colocação dos eletrodos, a posição do músculo e os métodos de processamento [12].

Lee, Park e Lee [13] utilizaram a EMG na investigação da habilidade e a ativação muscular após artroplastia total de joelho em mulheres idosas e compararam com indivíduos saudáveis.

Lee, Hwang e Kim [14] comparam as atividades musculares dos membros superiores, durante a tarefa funcional em individuos afetados por acidente vascular encefálico, o qual analisou o percentual de contração isométrica máxima (CIVM%).

Soisson et al. [15] investigaram os efeitos da utilização de cintos pélvicos na morfometria e ativação muscular, por meio do valor médio obtido pela EMG, em pacientes com disfunção da articulação sacrilíaca.

Métodos de coleta

Três principais métodos são utilizados para a detecção do sinal de eletromiografia. 

· Eletromiografia de profundidade envolve a inserção de agulhas no ventre muscular, permitindo a captação do sinal advindo de um grupo restrito de unidades motoras[4]. 

· Eletromiografia de superfície implica na fixação de eletrodos sobre a pele na região correspondente ao ventre muscular. Neste método, comumente um par de eletrodos são utilizados com o intuito de reduzir os ruídos de origem comum no sinal adquirido[16].

· Eletromiografia de alta densidade ou multicanais compreende a fixação de uma matriz ou malha de eletrodos sobre a pele[17].

Esta configuração permite a captação de uma maior área do ventre muscular, possibilitando a avaliação de alterações locais quanto a origem e deslocamento dos potenciais de ação. Uma aplicação importante da técnica de eletromiografia de multicanais é a possibilidade de estimativa da velocidade de condução dos potenciais de ação, a qual possui aplicações para o estudo do estado de fadiga do músculo[18].

Registro do sinal

O registro do sinal capturado requer um sistema que compreende eletrodos ativos posicionados na superfície do músculo-alvo, um amplificador responsável pelo processamento do sinal elétrico e um decodificador, que permite a visualização gráfica dos dados [19,20]. O sinal adquirido pode ser analisado no domínio do tempo ou frequência, proporcionando informações referentes ao recrutamento e sincronização de unidades motoras, fadiga neuromuscular e alterações na velocidade de condução dos potenciais de ação [21].

A avaliação da função muscular por meio da análise do sinal de eletromiografia possui aplicações diversas. Na área clínica, possível identificar se músculos específicos são ativados em tarefas as quais, estes devem contribuir para o movimento [4]. No esporte, o monitoramento da ativação muscular permite identificar o estado de fadiga muscular, o nível de coativação[16], assim como a determinação de limiares de transição metabólicos em testes de carga incremental[22].

Aquisição de dados

A coleta de eletromiografia é realizada por meio de eletrodos de superfície, que detectam os potenciais de ação dos músculos subjacentes ao esqueleto que iniciam a contração muscular. O registro da EMG utiliza um ou mais eletrodos ativos que são colocados sobre um músculo alvo e um eletrodo de referência que é posicionado dentro de seis polegadas de qualquer ativo. A EMG é medida em microvolts (milionésimos de volts) [23].

Os eletrodos de superfície mais utilizados são os de Ag/AgCl responsáveis por realizar o contato elétrico na pele do indivíduo. Os eletrodos são conectados diretamente do sensor ou indiretamente ligados por meio de um cabo extensor, no qual devem apresentar uma distância de 20 mm de centro a centro [24].

A colocação dos eletrodos determina a qualidade do sinal e sua aderência aos eventos fisiológicos. Diferentes estratégias têm sido descritas na literatura, como o posicionamento sobre o ventre muscular, local onde o nervo periférico entra no músculo, no qual esta é a mais utilizada pelos autores, ou também sobre as zonas de inervação, entre a zona de inervação e o ponto motor, ou distalmente sobre o tendão [11,25].

Para a minimização dos efeitos do posicionamento dos eletrodos sobre o sinal de eletromiografia, a Sociedade Internacional de Eletromiografia e Cinesiologia por meio do projeto Seniam [26] vem apresentando recomendações quanto ao posicionamento dos eletrodos para diferentes músculos. Estas possuem foco na detecção de sinais oriundos do método de eletromiografia de superfície. Uma série de recomendações também são encontradas no manual disponibilizado pela empresa Noraxon, por meio do ABC of EMG [27]. 

Em relação ao eletrodo de referência, recomenda-se o posicionamento sobre uma proeminência óssea, ou seja, tecido eletricamente neutro, com o intuito de fornecer uma referência comum para a entrada diferencial do pré-amplificador no eletrodo [8].

Limitações

A EMG tem limitações, com a ativação voluntária do músculo que pode ser comprometida em pacientes relutantes ou incapazes de cooperar, crianças e bebês, e em indivíduos com paralisia[28]. Problemas inerentes associados ao tecido adiposo (gordura) também podem afetar a aquisição do sinal eletromiográfico[29]. Estudos mostram que a partir do aumento do tecido adiposo, a atividade muscular diretamente abaixo da superfície diminuiu. Como o tecido adiposo aumentado, a amplitude do sinal de EMG de superfície fica comprometida. A coleta de sinal EMG pode ser mais precisa em indivíduos que têm menor gordura corporal e a pele mais complacente, como os jovens quando comparado a idade[29]. EMG de superfície é limitada devido à falta de confiabilidade na coleta de sinal de músculos profundos. Músculos profundos requerem fios intramusculares a fim de alcançar um sinal de EMG, como os utilizados na eletroneuromiografia (ENMG). EMG de superfície só pode medir a tensão de músculos superficiais e mesmo assim é difícil diminuir o sinal de um único músculo[30].

Outro problema pode ser a proximidade dos sensores entre músculos implica ainda na contaminação do sinal de um músculo em particular pela ativação de músculos adjacentes (cross talk) [31]. Uma vez que o sinal capturado pelos eletrodos é de magnitude reduzida, métodos de amplificação são utilizados com o objetivo de distinguir possíveis ruídos em relação ao sinal advindo dos músculos. No entanto, se recomenda que a fixação dos cabos que conectam os eletrodos ao amplificador seja observada visto que possíveis movimentos dos cabos impliquem na adição de ruídos ao sinal de eletromiografia [31].

Frequência de amostragem

A frequência de amostragem possui um papel critico na reprodução digital do sinal de EMG analógico, no qual o sinal reproduzido digitalmente com baixa frequência de amostragem pode não conter todas as informações. Segundo o Teorema de Nyquist ou Shannon o sinal de EMG apresenta frequências de 400 a 500 Hz, desde modo a frequência de amostragem mínima de 1.000 Hz ou mais deverá ser considerada [32].

Filtragem de sinal

O filtro é definido como um dispositivo para atenuar as variações especificas de frequencias. Segundo as recomendações do SENIAM os filtros analógicos utilizados são: passa-baixa com frequência de corte de 500 hz com o intuito de promover atenuação dos componentes de frequencias e ruídos; e o filtro passa-alta com frequencia de corte menor que 10 Hz para análise espectral e entre 10 a 20 hz para analise do movimento. O padrão recomendado é o filtro passa-banda de 20-450 Hz, para a aquisição completa do espectro de EMG [32].

Processamento de sinais

A análise do sinal de eletromiografia permite a identificação de eventos ocorrendo ao longo do tempo (amplitude) ou em padrões específicos de frequência[33]. 

A amplitude fornece informações referentes ao nível de ativação muscular, a qual pode ser influenciada pelo número de unidades motoras ativas e suas taxas de disparo [25]. No domínio da amplitude, medidas como o valor médio absoluto, detecção de envelope e a média do conjunto, RMS (root mean square) e a integral do sinal retificado permitem a quantificação da amplitude da ativação. Estas medidas são sensíveis ao aumento na frequência de disparos ou aumento no número de unidades motoras recrutadas[4]. Entre os inúmeros métodos para análise do sinal captado, destacando-se o RMS, que corresponde matematicamente à obtenção da raiz quadrada da média dos quadrados dos valores instantâneos. Os valores de RMS estão relacionados com o recrutamento de unidades motoras, sendo que o aumento do sinal significa em maior ativação destas unidades [34].

A análise em relação ao domínio de frequência é utilizada para examinar os aspectos centrais e periféricos de fadiga neuromuscular [35]. No domínio da frequência, a mudança no espectro de potência do sinal eletromiográfico permite quantificar a mediana ou mesmo a média da frequência do sinal [4]. Estas medidas são sensíveis a mudanças no recrutamento das unidades motoras, assim como na mudança da posição dos eletrodos em relação as fibras musculares ativas [36]. Uma vez que o sinal eletromiográfico possua estacionaridade (homocedasticidade na distribuição das frequências no intervalo de interesse), o que é esperado em contrações isométricas, é possível inferir, por exemplo, que reduções na mediana da frequência do sinal estejam associadas a redução na velocidade de condução dos potenciais de ação. Esta redução ocorreria devido ao recrutamento prioritário de unidades motora de menor calibre [4]. Em contrações dinâmicas, nas quais não há estacionaridade do sinal de eletromiografia, técnicas como a transformada de wavelets permite a resolução das mudanças nos componentes de frequência do sinal em diferentes intervalos de tempo [37].

Contaminação do sinal

Inúmeros fatores podem influenciar na contaminação do sinal de EMG, como a movimentação dos eletrodos, cabos e conectores, além disso, o cross-talk, sinais provenientes de outros músculos, podem interferir no sinal do músculo sob investigação. Algum grau de ruído estará presente nos sinais de eletromiografia,o mais comum é a interferência de 50 ou 60 Hz advinda da rede elétrica [2].

A contaminação do sinal pode ser amenizada pelo correto posicionamento dos eletrodos e por técnicas de filtragem [32].

Normalização do sinal

A normalização dos dados permite referenciar os dados de EMG para algum valor padrão, que podem ser obtidos por um valor de referência. A opção pela normalização dos dados baseia-se no tipo de coleta ou comparações que serão realizadas, por exemplo, ao comparar diferentes indivíduos e músculos a normalização é aconselhada, ao contrário de sinais coletados no mesmo dia, ou próprio indivíduo ser o controle, e na mesma musculatura não removendo o eletrodo, desde modo a normalização não será necessária [36].

A normalização pode ser realizada por meio da contração voluntária máxima (CVM), o valor de pico obtido durante atividade dinâmica, ou a média do valor de EMG durante a atividade dinâmica, em geral, a CVM é a mais utilizada [38].

Conclusão

A eletromiografia é um recurso eletrodiagnóstico não invasivo, capaz de auxiliar no diagnóstico de disfunções e problemas motores, contribuindo na análise do comportamento dos músculos em inúmeras situações.

Link para visualização de um vídeo tutorial explicativo: https://youtu.be/FspRTIsAbUo

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