Universidade do Vale do Paraíba
Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento
César Ferreira Amorim
Eletromiografia de superfície como ferramenta de quantificação aplicada no estudo da
reabilitação motora e funcional
São José dos Campos, SP
2009
Universidade do Vale do Paraíba
Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento
César Ferreira Amorim
Eletromiografia de superfície como ferramenta de quantificação aplicada no estudo da
reabilitação motora e funcional
Tese de Doutorado defendida no Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Biomédica da
Universidade do Vale do Paraíba, como
complementação dos créditos necessários para
obtenção do título de Doutor em Engenharia
Biomédica
Orientadores: Profs. Drs. Renato Amaro
Zângaro; Luis Vicente Franco de Oliveira;
Alderico Rodrigues de Paula Júnior.
São José dos Campos, SP
2009
1.543e
Amorim,CésarleÌreira
EÌetromiografia de supeÌJïcie co1Ììo ferramenta de
quantificâção aplicada no estudo da reabilitação motom e
tuncionaÌ.SãoJosédosCampos:
2009.
1 discolaseÌ.:color
Tese defendidano Programade Pós-GradÌÌaçãoem
Engenharia Biomédica do Instituto de Pesquisa e
DesenvolvilÌìentoda Universìdadedo Vale do Paraíba,2009.
1.
Eletromiografia 2..Músculos 3..Engenharia
Bìomédica 4..ReabilitaçãoI Zângaro, Renato
Amaro, Orient.; Oliveira, Luis Vicente Franco,
Oriert.; PaulaJúnior.,Alderico Rodrigues de,
OÍient. III Título
CDU:615.8
Auto zo, exclusivamenteparafins acadêmicose cieníficos, a reproduçãototal ou
paÌcial destatese,por processofotocopiadoresou tansmissãoeletrônica.
Assinatura
do aluno:
Data:31 d€maxçode 2009.
CESAR FERREIRA AMORIM
"ELETR0MIOGRAFIÂDE supERFÍcIEcoMo FERRAMENTÀDE OUÀNT|ËIcÂçÂo
APLICADANO ESTUDODA REABILìTACÃOMOTORÂE FUNCIONAL''
Teseaprovadacomorequisitoparcialà obtenção
do glâu de DoutoÌ em Engenharia
Biomédica,
do Programacle Pós-Graduação
em EngenhariaBiomédica,do Instituto de Pesquisae
Desenvolvinento
da Universidade
do Vale do Parâíba,SãoJosédosCampos,SP,pelaseguìnte
bancaexaminadora:
Prof.Dr. NELSON JOSE FREITAS DA SILVEIRA íIINIVAPì
Proi Dr. ALDERICO RODRIGUESDE PAULA JR. (UNIVAP)
Prof.Dr. RENATO AMARO ZANGARO (UNICASTELO)
Prol Dr. FABIANO POLITTI (UNÌSANTANA)
Prcl Dr. LUIS VICENTE FRANCO DE OLMIRA
INO
Prof. Dra. DANIELA AP. BIAZOTTO GONZALEZ íUNINOVE)
Prof. Dm. SandraMaria Fonseca
daCosta
Djretorado IP&D - Univap
SãoJosédosCampos,3i de marçode2009.
Dedico este trabalho:
Ao nosso pai maior – Deus.
Aos meus pais Manoel e Maria
Por uma vida toda de dedicação.
Agradeço a vocês por tudo que sou
e tenho conquistado...
Dedico este trabalho a minha esposa Adriana
Como prova de minha mais sincera gratidão pela constante preocupação, colaboração e
respeito, carinho e amor com que tem me tratado durante todos esses anos de
convivência.
A meu querido filho Thiago
Pelos momentos maravilhosos que proporciona sua companhia, pelo sonho realizado de
sua vinda tão esperada, por tudo que
cultivamos e pelos frutos que ainda iremos cultivar
e colher, pois não terminará por aqui..
É maravilhoso ter você ao nosso lado.
Nós te amamos muito.
Agradeço ao Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento – IP&D da Universidade do Vale
do Paraíba- Univap o apoio durante a elaboração deste trabalho;
Á secretaria do IP&D e Biblioteca Setorial, aos Professores e Funcionários que de
alguma forma colaboram com a elaboração deste trabalho.
Aos meus orientadores, pela dedicação e confiança.
AGRADECIMENTOS ESPECIAIS
Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica – UNIVAP, a Sra.
Ivone, Valéria Maeda a Rosângela Cavalcanti, a Biblioteca e a todos que direta e
indiretamente colaboraram em todo o processo para realização deste trabalho.
Aos professores Dr. Luis Vicente Franco Oliveira e Dr. Alderico R. de Paula Jr. pelo
voto de confiança ao permitirem o aperfeiçoamento de minha vocação e da realização
de um sonho.
A todos os professores que participaram da qualificação (Profa. Dra. Luciana Maria
Malosá Sampaio, Prof. Dr. Nelson José Freitas da Silveira), bem como àqueles que
tiveram participação na Banca de Defesa, pelas observações e sugestões.
“O maior pecado do ser humano, é ignorar suas forças interiores, seus poderes criadores
e sua herança.
Estuda-te...
Vê quanta coisa és capaz de fazer...”
(O . S. Marden)
“ Eletromiografia de superfície como ferramenta de quantificação em estudos aplicados
na reabilitação motora e funcional ”
Resumo
Este trabalho foi realizado com o objetivo geral de apresentar uma ferramenta capaz de
quantificar com fidelidade os sinais elétricos gerados durante a contração muscular em
procedimento de análise e estudo na reabilitação motora e funcional. Para isto foram
selecionados 04 temas que receberam tratamento e análise experimental com controle
metodológico para a interpretação de variáveis aplicadas ao entendimento do trabalho
muscular. O primeiro deles, Análise do comportamento da atividade eletromiográfica do
músculo masseter em bruxismo do sono, propôs mostrar o efeito do Esplite oclusal na
atividade elétrica do músculo masseter. O segundo, Splint oclusal para bruxista do sono:
a eletromiografia associada na evolução do índice Helkimo, mostrou o efeito do uso do
split oclusal em pacientes com bruxismo do sono observando as atividades elétricas dos
músculos masseter e temporal tendo como referência o protocolo Helkimo de avaliação.
O terceiro, Ativação muscular inspiratória durante terapia com threshold em idosos
saldáveis e pacientes com DPOC, propôs estudar a evolução da participação do
diafragma e do músculo esternocleidomastoideo com 30 % de resistência do threshold
através da eletromiografia de superfície. O quarto e último, Teste de resistência do
músculo inspiratório: Ventilação pulmonar e análise eletromiográfica, permitiu analisar
a ventilação pulmonar e a atividade elétrica dos músculos respiratórios durante teste de
resistência. De modo geral, a eletromiografia de superfície associado os protocolos bem
definidos, mostrou ser uma ferramenta poderosa para o entendimento do trabalho
muscular em diversas áreas como reabilitação, biomecânica funcional, condicionamento
físico.
Palavras-chave: Eletromiografia, Reabilitação, Biomecânica Funcional, Músculos.
“Surface electromyography as a tool for quantification applied in the study of motor and
functional rehabilitation”
Abstract
This work was carried out in order to present a general tool able to quantify with
precision the electrical signals from muscle contraction during the procedure in the
analysis and study in motor and functional rehabilitation. For this, we selected four
themes that were treated with experimental analysis and control methodology for the
interpretation of variables applied to the understanding of muscular work. The first,
Behavior analysis of electromyographic activity of masseter muscle in sleep bruxer,
proposed show the effect of occlusal Split in the electrical activity of the masseter
muscle. The second, Occlusal splint for sleep bruxism: an electromyography associated
to Helkimo index evolution, this study showed the effect of the use of occlusal split in
patients with sleep bruxism observing the electrical activity of masseter and temporal
muscles with reference to the protocol Helkimo of evaluation. The third, Inspiratory
muscular activation during threshold therapy in elderly healthy and patients with
COPD, proposed to study the evolution of the participation of the diaphragm muscle
and the sternocleidomastoid with 30% of the threshold resistance through surface
electromyography. The fourth and last, Inspiratory muscle endurance testing:
pulmonary ventilation and electromyographic analysis, allowed us to analyze the
ventilation and electrical activity of respiratory muscles during endurance test.
Generally, the surface electromyography associated with well-defined protocols, proved
a powerful tool for understanding the muscle work in various areas such as
rehabilitation, functional biomechanics, physical fitness.
Key-Words: Electromyography, Rehabilitation, Functional Biomechanics, Muscle.
LISTAS DE FIGURAS
Fig 01 Diagrama Representativo da colocação de eletrodos de superfície
22
em diferentes pontos no músculo.......................................................
Fig 02 Diagrama representativo da colocação de eletrodos de
23
superfície em relação ao sentido das fibras musculares......................
Fig 03 Diagrama representativo de um sistema de aquisição de sinal
27
biológico.............................................................................................
Fig 04 Representação esquemática do amplificador monopolar................
28
Fig 05 Representação esquemática do amplificador bipolar......................... 29
Fig 06 Faixa de ganho adequada.................................................................... 30
Fig 07 Faixa do conversor A/D em desacordo com o ganho de
31
amplificação.......................................................................................
Fig 08 Faixa do conversor A/D com escala adequada em relação ao ganho 32
de amplificação...................................................................................
Fig 09 Exemplo da relação da grandeza física com o sinal digital................. 34
Fig 10 Sinal original de interferência.............................................................. 36
Fig 11 Sinal original retificado....................................................................... 36
Fig 12 Eletromiógrafo – 8 canais (EMG System do Brasil®), (b) Célula de 40
carga (EMG System do Brasil Ltda ®)...............................................
Fig 13 (a) Eletrodo descartável de Ag/AgCl (MedicalTrace®), (b) Lixa para 41
esfoliação (Bio-logic Systems Corp®), (c) Gel eletrocondutor
(Pharmaceutical Innovations®)...........................................................
LISTAS DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
A/D
-
Conversor analógico digital
ATM
-
Articulação temporomandibular
Bit
-
Sinal Binário
BS
-
Bruxismo do sono
CVM
-
Contração voluntária máxima
dB
-
Decibéis
DC
-
Sinal de nível contínuo
DTM
-
Disfunsão temporomandibular
EMG
-
Eletromiografia
FFT
-
Transformada Rápida de Fourier
Hz -
-
Hertz
Kgf
-
Kilograma Força
M
-
Músculo
mV
-
Milivolts
RMS
-
Raiz quadrada da media dos quadrados dos valores instantâneos
s
-
Segundo
V
-
Volt
µV
-
Microvolts
SUMÁRIO
1 Introdução.................................................................................................. 16
1.1 Revisão da literatura.................................................................... 18
1.1.1 Eletromiografia Cinesiológica........................................... 18
1.1.2 Tipo e Colocação dos Eletrodos........................................ 21
1.1.3 Bruxismo do Sono............................................................. 23
2 Objetivo....................................................................................................... 25
2.1 Justificativa.................................................................................. 25
3 Considerações sobre Aquisição de Sinais Eletromiográficos..................... 26
3.1 Amplificadores Biológicos.......................................................... 27
3.2 Ganho de Amplificação de Sinal................................................. 29
3.3 Filtragem do Sinal....................................................................... 30
3.4 Conversor Analógico / Digital..................................................... 31
3.4.1 Faixa de Entrada e Resolução do Conversor A/D........... 31
3.4.2 Taxa de Amostragem....................................................... 32
3.4.3 Calibração........................................................................ 33
4 Tratamento Matemático.............................................................................. 35
4.1 Processamento no Domínio Temporal......................................... 35
4.2 Remoção da Componente DC Presente No Sinal........................ 35
4.3 Retificação do Sinal..................................................................... 35
4.4 Valor Rms do Sinal...................................................................... 36
4.5 Normalização do Sinal no Domínio do Tempo........................... 37
4.6 Normalização em Amplitude....................................................... 37
4.7 Integral do Emg............................................................................ 37
4.8 Filtragem do sinal retificado......................................................... 38
4.9 Processamento no Domínio da Freqüência.................................. 38
5 Material e Métodos.................................................................................... 39
5.1 Parte experimental....................................................................... 39
5.2 Instrumentação Utilizada............................................................ 40
5.3 Procedimento e Coleta de Dados................................................. 40
5.4 Processamento e análise dos sinais .............................................. 41
6 Resultados.................................................................................................. 43
6.1
AMORIM C.F. et al., Behavior analysis of
electromyographicactivity of the masseter muscle in sleep bruxers,
43
Journal of Bodywork & Movement Therapies (2009),
doi:10.1016/j.jbmt.2008.12.002……………………………………..
6.2
NASCIMENTO, L.N.; AMORIM, C.F.; GIANNASI,
44
L.C.; OLIVEIRA, C.S.;NACIF, S.R.; SILVA, A.M.;
NASCIMENTO,D.F.F.; MARCHINI, DANIELA;
OLIVEIRA,L.V.F., Occlusal splint for sleep bruxism: an
lectromyographic associated to Helkimo Index evoluation, Sleep
Breath (2008) 12:275–280,
DOI 10.1007/s11325-007-0152-8…………………………………...
6.3 ANDRADE, A.D.; SILVA,T.N.S.;VASCONCELOS, H.;
45
MARCELINO, M.; RODRIGUES-MACHADO, M.G.; FILHO, G.;
MORAES, M.; MARINHO, P.E.M.; AMORIM, C.F. , Inspiratory
muscular activation during threshold therapy in elderly healthy and
patients with COPD, Journal of Electromyography and Kinesiology
(2005), doi:10.1016/j.jelekin.2005.06.002………………………….
6.4 NOBRE, M.E.P.N.; LOPES, F.; CORDEIRO, L.;
46
MARINHO, P.E.M.; SILVA, T.N.S.S.; AMORIM, C.F.;
CAHALIN, L.P.; ANDRADE, A.D., Inspiratory muscle
endurance testing: pulmonary ventilation and electromyographic
analysis, Respiratory Physiology & Neurobiology, (2006),
doi:10.1016/j.resp.2006.04.005……………………………………
7 Discussão.................................................................................................... 47
8 Conclusão................................................................................................... 51
Referências...................................................................................................... 52
16
1 INTRODUÇÃO
A primeira dedução lógica de eletricidade gerada por músculos foi documentada pelo
italiano Francesco Redi em 1666, devida à suspeita de que a descarga do peixe elétrico
fosse de origem muscular.
Com o despertar da ciência durante a Renascença, o interesse pelos músculos
também começou a aumentar. Leonardo da Vince (1452 - 1519), por exemplo, dedicou
muito de seus pensamentos para a análise de músculos e suas funções através de
dissecações anatômicas em cadáveres (BASMAJIAN ; DELUCA, 1985).
Os primeiros experimentos científicos tiveram como objetivo principal, conhecer o
músculo e suas funções (BASMAJIAN ; DELUCA, 1985). No decorrer dos anos
subseqüentes, uma série de cientistas estudou a dinâmica dos músculos. Luigi Galvani
apresentou o primeiro relato sobre as propriedades elétricas dos músculos e nervos em
1791. A esta demonstração da existência de potenciais neuromusculares denominou-se
"Eletricidade Animal". Esta descoberta foi reconhecida como o marco inicial para o
surgimento da neurofisiologia. A partir desse momento, várias pesquisas começaram a
ser desenvolvidas (BASMAJIAN, 1962).
A eletromiografia de superfície é uma técnica de registro e monitoração dos sinais
elétricos do músculo em contração.
Um dos maiores problemas metodológicos da EMG é o fato da freqüente presença
de artefatos ou ruídos. Entende-se por artefatos ou ruídos as interferências presentes no
sinal EMG, cuja origem é distinta do sinal oriundo da atividade elétrica neuromuscular.
Podemos ter como exemplo de artefatos as interferências da corrente alternada da rede
elétrica, da freqüência cardíaca, do mau-contato eletrodo-pele, entre outros
(BASMAJIAN ; DELUCA, 1985).
A presença de artefatos é dificilmente evitável nesse tipo de aquisição, uma vez que
para a amplificação considerável do sinal captado em microvolts (µV), outros sinais
considerados como ruído também são amplificados e podem comprometer a
interpretação do sinal EMG. Portanto, essa relação sinal-ruído foi um problema que
exigiu inúmeros estudos e tentativas de resolução para que o sinal EMG pudesse ser
melhor interpretado. Após várias pesquisas, a solução para diminuir o ruído do sinal
17
EMG teve inicio com a construção do amplificador diferencial (ACIERNO,
BARATTA, SOLOMONOW, 1995).
O amplificador de sinais é um dispositivo eletrônico e tem a função de amplificação
e filtragem da banda de sinais que se deseja registrar.
No inicio, os amplificadores apresentavam o problema de ter o sinal adquirido de
maneira dependente da resistência elétrica da pele. Isso fez com que muitos estudos
iniciais merecessem a monitoração da resistência da pele e da temperatura ambiente no
momento em que o exame era realizado. Esse fato dificultou e até tornou impossível
reproduzir alguns e experimentos realizados com a EMG (Soderberg et. al. 1984).
Com o passar do tempo, foram sendo realizadas as correções nesse sistema e,
atualmente, os amplificadores apresentam entradas de alta impedância e permitem a
atenuação do ruído a níveis que permitem a reprodução de experimentos sem
interferência nos resultados. Sendo assim, essa nova geração de amplificadores, tem
como característica principal, amplificar um determinado tipo de sinal biológico
independente da resistência da pele (WINTER,1990). A evolução dos cabos e
conectores também deve ser considerado no processo de desenvolvimento do
equipamento de aquisição do sinal EMG, uma vez que o tipo de material condutor e
sistema de isolação, permitiram minimizar a presença de ruídos.
Todo esse desenvolvimento tem como proposta principal o auxilio na investigação
e análise do movimento humano. Os conhecimentos científicos em biomecânica é um
exemplo prático da utilização desses recursos tecnológicos na interpretação do
movimento humano ( WINTER, 1990).
A biomecânica pode ser definida genericamente como a disciplina que estuda a
mecânica dos seres vivos, ou mais especificamente como a ciência que examina as
forças que agem sobre e dentro de uma estrutura biológica assim como seus efeitos
produzidos (HATZE, 1974). A partir dessa complexa abordagem sobre as áreas de
atuação da Biomecânica para análise do movimento humano (BAUMANN, 1995) é
importante discutir conceitos, critérios e métodos, considerando que a problemática
estará centrada na utilização da eletromiografia para uma interpretação fidedigna.
A EMG pode ser definida como o estudo da função muscular através da análise do
sinal elétrico gerado durante a contração muscular. O estudo da função muscular através
18
da EMG permite fazer interpretações em condições normais e patológicas
(BASMAJIAM ; De LUCA, 1985).
Foram realizados importantes estudos sobre interpretações da atividade muscular
com o uso da EMG. Esses estudos visaram não somente a função qualitativa mais
também a função quantitativa do movimento humano, acrescentando, assim, novas
informações sobre a atividade muscular e considerando-se a evolução no processamento
e na instrumentação aplicada a EMG (BASMAJIAM; De LUCA, 1985; WINTER,
1990; DAINTY; NORMAN, 1987).
Contudo, esse trabalho foi realizado com objetivo de apresentar e discutir a
utilização da eletromiografia de superfície como ferramenta de quantificação aplicada
no estudo da reabilitação motora e funcional, bem como nas alterações neurofisiolígicas
do sistema nervoso frente a estímulos periféricos.
1.1 REVISÃO DA LITERATURA
Inicialmente, serão descritos alguns aspectos sobre eletromiografia cinesiológica,
posteriormente serão apresentados os estudos encontrados na literatura sobre a atividade
dos músculos.
1.1.1 ELETROMIOGRAFIA CINESIOLÓGICA
A eletromiografia apresenta inúmeras aplicações, notadamente na clínica médica
para diagnóstico de doença neuromuscular ou do traumatismo, na reabilitação, como um
instrumento cinesiológico para o estudo da função muscular em atividades específicas
(AMADIO ; DUARTE,1996).
Biasotto(2000),
realizou
um
estudo
eletromiográfico
comparando
o
comportamento de alguns dos principais músculos da mastigação utilizando duas
marcas comerciais de goma de mascar, algodão e parafilme com objetivo de investigar o
desempenho dos materiais utilizados durante a mastigação bilateral e identificar qual
seria o melhor. Obteve-se como resultado o parafilme.
19
Segundo De Luca (1997), o sinal eletromiográfico serve como um indicador da
iniciação da atividade muscular, podendo fornecer a seqüência de disparo de um ou
mais músculos realizando uma determinada tarefa. Outra importante informação do
sinal eletromiográfico é indicar a contribuição da força de músculos individuais, bem
como de grupos musculares.
Na eletromiografia, os potenciais são produzidos como resultado direto do
esforço voluntário (AMADIO; DUARTE, 1996).
Os eletrodos utilizados no exame eletromiográfico convertem o sinal elétrico
resultante da despolarização muscular, em um potencial elétrico capaz de ser processado
por um amplificador, sendo a diferença de potencial elétrico o fator a ser processado. A
amplitude dos potenciais depende da diferença de potencial entre os eletrodos onde,
quando maior a diferença de potenciais, maior será a amplitude ou voltagem do
potencial elétrico (PORTNEY, 1993).
Turker (1993) relata que a decisão sobre a instrumentação a ser usada durante a
coleta do sinal eletromiográfico inclui relacionar os eletrodos, amplificador, filtros,
registros, decodificadores e ruído do equipamento. A escolha do eletrodo dependerá do
músculo a ser estudado.
De Luca (1997), descreveu os fatores que influenciam o sinal eletromiográfico
dividindo-os em 3 categorias: causadores, intermediários e determinantes.
Os fatores causadores têm um efeito básico ou elementar sobre o sinal, sendo
divididos em fatores extrínsecos e intrínsecos. Incluem-se, entre os fatores extrínsecos a
configuração dos eletrodos, a distância entre os eletrodos, a localização dos eletrodos
em relação ao ponto motor e a junção miotendinosa, a localização dos eletrodos em
relação á borda lateral do músculo e a orientação do eletrodo em relação às fibras
musculares. Os fatores intrínsecos são as características fisiológicas, anatômicas e
bioquímicas do músculo, tais como, o número de unidades motoras ativas em um tempo
particular de contração, o tipo de fibra muscular, o fluxo sangüíneo no músculo, o
diâmetro das fibras, a profundidade e a localização das fibras ativas dos músculos em
relação aos eletrodos de detecção, a quantidade de tecido entre a superfície do músculo
e o eletrodo e outros fatores que ainda precisam ser identificados, tais como o
comprimento da zona de despolarização e o fluxo iônico através da membrana.
20
Os fatores intermediários representam os fenômenos físicos e fisiológicos que
são influenciados por um ou mais fatores causativos e, por sua vez, influenciam os
fatores determinantes. Dentre eles, encontram-se o volume de detecção do eletrodo,
superposição do potencial de ação no sinal eletromiográfico detectado, "cross-talk" de
músculos vizinhos, velocidade de condução do potencial de ação e o efeito de filtragem
espacial. Já os fatores determinantes têm uma ação direta sobre o sinal eletromiográfico
e incluem o número de unidades motoras ativas, a interação mecânica entre as fibras
musculares, a taxa de disparo e o número de unidades motoras detectadas, amplitude,
duração e forma dos potenciais de ação das unidades motoras e a estabilidade de
recrutamento de tais unidades.
Soderberg e Cook (1984) descreveram as limitações, os métodos de coleta de
dados e a interpretação da atividade elétrica. Em relação ao tipo de eletrodo, acreditam
que o de superfície pode ser usado em músculos superficiais, sem causar desconforto
para o voluntário.
Para comparar os dados eletromiográficos obtidos de diferentes indivíduos ou de
um mesmo indivíduo em diferentes dias, o procedimento de normalização é usualmente
considerado necessário para o registro e quantificação dos dados eletromiográficos
(TURKER, 1993).
A preocupação com o estabelecimento de normas comuns a serem seguidas para
a coleta, registro, análise e interpretação de sinais eletromiográficos tem sido proposto
por Basmajian e De Luca (1985), Winter (1990), Turker (1993), e, mais recentemente
Acierno et al. (1995) que apresentam um guia prático para uniformização de
procedimentos a serem usados em estudos eletromiográficos. Desta forma, frente aos
conhecimentos atuais pode-se observar uma tendência de consenso entre os
pesquisadores, sobre a utilização de instrumentação adequada para coleta, registro e
tratamento do sinal eletromiográfico.
Há estudos na literatura (TURKER, 1993; ERVILHA et al., 1998; AMADIO;
DUARTE, 1996) que descrevem a necessidade da normalização da amplitude do sinal
eletromiográfico, quando se pretende fazer comparações entre diferentes músculos,
voluntários, materiais e dias de medidas. Isto decorre da grande variabilidade observada
pelos pesquisadores quando da análise dos traçados eletromiográficos obtidos tanto para
diferentes indivíduos como para diferentes músculos.
21
O sinal eletromiográfico pode ser retificado através do processamento
matemático ou através do RMS (root mean square). que faz a raiz quadrada da média
dos quadrados dos valores instantâneos. Este sinal pode passar por um filtro passa
baixa, para uma apresentação do envoltório da curva. Pode-se, então fazer o
processamento do sinal de acordo com o objetivo específico do trabalho (AMADIO;
DUARTE, 1996). Em geral, é necessário normalizar um sinal eletromiográfico visando
minimizar as diferenças entre os indivíduos (ERVILHA et al., 1998), quando não
comparando pré e pós-tratamento.
1.1.2 TIPO E COLOCAÇÃO DOS ELETRODOS
Os eletrodos disponíveis para a eletromiografia cinesiológica são os de superfície
passivos e ativos e os intramusculares, cada um com suas características, indicações,
vantagens e desvantagens. A escolha do tipo de eletrodo para a captação do sinal
eletromiográfico depende das características dos músculos sob estudo. Assim, ao
analisar determinado músculo, seu tamanho e localização devem ser considerados na
escolha e aplicação dos eletrodos (TURKER, 1993).
A colocação dos eletrodos de superfície também é outro fator que influencia a
confiabilidade dos registros eletromiográficos. De acordo com SODERBERG & COOK
(1984),
o
tamanho,
e
a
orientação
topográfica
influenciam
nos
registros
eletromiográficos. Uma vez que a amplitude do potencial elétrico é dada pela diferença
de potencial observada entre os eletrodos, à distância inter-eletrodos deve ser
controlada, pois níveis idênticos de contração podem resultar em amplitudes diferentes
do sinal eletromiográfico (PORTNEY, 1993).
Uma preocupação importante quanto à eletromiografia de superfície, refere-se às
interferências de sinais (cross-talk) de músculos vizinhos no sinal captado. De acordo
com De LUCA (1997), os eletrodos de superfície devem ser posicionados na linha
média do ventre muscular, entre o ponto motor e a junção miotendinosa, com a
superfície de detecção orientada no sentido das suas fibras. Entretanto, não se pode
afirmar que os eletrodos estavam posicionados entre o ponto motor e a junção
22
miotendinosa, sem a estimulação elétrica para a localização dos pontos motores, o que
pode ser considerado uma limitação no presente estudo.
Área e forma da superfície de contato do eletrodo e sua localização afetam a
amplitude do sinal, à distância entre as superfícies de contato do eletrodo afeta a
freqüência do sinal. A Figura 1 ilustra as características do sinal de EMG de acordo com
a posição do eletrodo em relação às fibras. O local mais adequado para a fixação do
eletrodo é onde ocorre a maior atividade elétrica. Na ilustração da Figura 1, está
representada na parte central da figura.
A colocação do eletrodo é fator importante para uma ótima coleta de sinais. Os
eletrodos devem ser colocados no sentido das fibras dos músculos que se deseja analisar
(Fig 2). Outro ponto importante é garantir que os eletrodos estejam próximos ao ponto
de maior atividade elétrica.
Fig. 01. Diagrama Representativo da colocação de eletrodos de superfície em diferentes
pontos no músculo (AMORIM, 2002)
Na colocação dos eletrodos deve-se ter cuidado com os músculos adjacentes,
uma vez que se os eletrodos estiverem muito próximos a outros músculos que não o de
interesse pode ocorrer “cross-talk”. Outro fator importante é a colocação do eletrodo
“terra ou referência” que deve ter uma boa área de contato.
23
Fig. 2. Diagrama representativo da colocação de eletrodos de superfície em relação
ao sentido das fibras musculares (AMORIM, 2002).
1.1.3
BRUXISMO DO SONO
A Classificação Internacional dos Distúrbios do Sono define o Bruxismo do
Sono (BS), como doença ou distúrbios estereotipados caracterizados por movimentos de
rangido ou cerrar os dentes durante o sono, tornando-se um fenômeno físico indesejável
observado pelos: desgaste dos dentes, dor orofacial, cefaléia temporal, dentes com
hipersensibilidade ao frio, bebidas e comidas. Outra variável relatada do BS é a
descoberta concomitante de ruídos da junta ou travamento articular em nível
temporomandibular (TOSUN; KARABUDA; CUHADAGLU, 2003).
Segundo Lobbezoo (1997), o BS é um fenômeno controverso, a respeito de sua
“etiologia”. Seu diagnóstico é descrito por um processo difícil de explicar (agentes
naturais da etiologia), que se subdivide em: fatores periféricos e centrais, explicando
assim a origem dessa patologia.
Os fatores periféricos (morfológicos), como oclusão, discrepância ou diferença
na anatomia de estruturas ósseas da região orofacial, eram considerados como os
principais fatores causadores do BS. Outros fatores como: fumo, álcool, drogas, doenças
e traumatismo podem estar envolvidos também na etiologia, juntamente com fatores
centrais (patológicos e psicológicos). Estes fatores psicológicos podem ser emocionais
ou de personalidade como estresse (LOBBEZOO, 1997, OKKERSE et al., 2002).
Segundo Treacy (1996), os efeitos do BS não estão limitados à articulação
temporomandibular e ou áreas da cabeça e pescoço, podendo também ser relacionadas à
saúde fisiológica e psicológica. Problemas associados ao BS incluem distúrbios do
sono, rigidez matinal, cefaléia, congestão dos seios da face, cervicalgia, artrose,
vertigens e tensão muscular global.
Lavigne et al. (2001) relata que o Bruxismo do Sono foi constatado em 8% da
24
população adulta e está associado principalmente com a atividade muscular rítmica da
mastigação, caracterizada por repetidas contrações musculares. As conseqüências do BS
podem abranger a destruição dos dentes, dor mandibular, tanto quanto os sons de
rangido dos dentes que em alguns casos interrompem o sono dos parceiros.
Várias atividades motoras fisiológicas ou patológicas podem envolver a
musculatura mastigatória e orofacial durante o sono. A atividade mastigatória pode
fazer parte dos automatismos orofacial tais como mímicas, mastigação, protusão dos
lábios, movimentos da língua e deglutição, completamente fisiológicos durante o sono
(LAVIGNE et al.,1996; VELLY-MIGUEL et al.,1992).
O uso de esplintes oclusais tem sido amplamente aceitos e utilizados na prática
odontológica contemporânea, sendo considerado um tratamento efetivo e não invasivo
dirigido aos pacientes com BS e disfunções temporomandibulares (DTM). Vários
estudos têm sido propostos no sentido da elucidação do mecanismo de trabalho dos
esplintes, tais como modulação da função neuromuscular, alívio da sobrecarga nas
(articulação temporomandibular) ATM e efeitos psicológicos (HIYAMA et al, 2003).
Glaros e Rao (1977) relatam que estes estudos demonstraram mudanças na
atividade muscular mastigatória após a utilização dos esplintes oclusais em sujeitos
acordados. Por outro lado o BS está bem reconhecido pelo efeito destrutivo em seu
sistema estomatognático. Nesses estudos foram utilizados sistemas de registro de sinais
eletromiográficos convencional, para monitoramento da atividade elétrica dos músculos
mastigatórios.
No passado o BS era estudado com método de polissonografia incluindo a
eletromiografia de superfície dos músculos elevadores da mandíbula. A presença ou
ausência do BS e sua freqüência eram determinados através destes registros usando a
combinação do padrão e amplitude do traçado EMG dos músculos masseter e temporal
(LAVIGNE; ROMPRÉ; MONTPLAISIR, 1996).
Nos últimos vinte anos a eletromiografia (EMG) tem sido largamente utilizada
como método auxiliar no diagnóstico das disfunções temporomandibulares (AMORIM
et al., 2009), para avaliar a resposta funcional e biomecânica dos músculos da
mastigação em repouso e durante a realização de tarefas, como mastigação ou
apertamento em determinados níveis. (BASMAJIAN, 1974).
25
2
OBJETIVOS
Apresentar e discutir a utilização da eletromiografia de superfície como ferramenta
de quantificação aplicada no estudo da reabilitação motora e funcional, bem como nas
alterações neurofisiolígicas do sistema nervoso frente a estímulos periféricos.
Demonstrar a complexidade e as várias ferramentas que podem ser utilizadas para a
análise do sinal EMG em diversos experimentos.
2.1 JUSTIFICATIVA
Embora muitos autores tenham utilizado diferentes procedimentos na análise do
sinal EMG, o que tem dificultado a comparação e reprodutibilidade dos resultados
obtidos em experimentos laboratoriais, a maioria dos experimentos tem sido descritos
em jornais científicos de reconhecimento científico internacional.
Isso significa que, embora exista diversidade na aplicação da EMG como
ferramenta de estudo e, principalmente, nos procedimentos para análise do sinal EMG,
essa técnica de averiguar a atividade elétrica do músculo, pode ser utilizada em diversas
áreas de estudo com diferentes propostas de investigação.
Sendo assim, é importante realizar um estudo que demonstre algumas das
aplicações da EMG como ferramenta de estudo, assim como alguns dos possíveis
métodos de análise do sinal EMG, para que futuras pesquisas possam ser beneficiadas
em seu delineamento e com métodos de análise de sinais apropriados para o
experimento.
26
3 CONSIDERAÇÕES SOBRE AQUISIÇÃO DE SINAIS
ELETROMIOGRÁFICOS
Eletromiografia é o termo genérico que expressa o método de registro da
atividade elétrica de um músculo quando realiza contração. Esse método ilustra
inúmeras aplicações, como na clínica médica para diagnóstico de doenças
neuromusculares; análise e determinação de disfunções ou anormalidades; na
reabilitação, para reeducação da ação muscular (biofeedback eletromiográfico); para
Anatomia, com o intuito de revelar a cinesiologia; em ergonomia como instrumento
cinesiológico para o estudo da função muscular relacionado com a postura e para a
biomecânica como indicador de estresse, identificador de padrões de movimento e
parâmetro de controle do sistema nervoso (WINTER,1990).
Para uma interpretação objetiva do sinal eletromiográfico, em análise
quantitativa, pode-se distinguir três características fundamentais destes tipos de sinais:
duração, amplitude e freqüência. Apresenta-se a seguir uma pequena abordagem do
significado de cada uma (De LUCA ,1997).
A duração da atividade eletromiográfica, corresponde ao período de ativação do
músculo estudado. A amplitude expressa o nível de atividade do sinal, e varia com a
quantidade de atividade elétrica detectada no músculo, fornecendo informação sobre a
intensidade de ativação muscular. Valor RMS (Root Mean Square), valor médio, valor
de pico, valor pico a pico, são formas de avaliar a amplitude do sinal. A freqüência pode
ser entendida como a taxa de excitação da célula muscular. A distribuição das
freqüências do sinal de EMG deve-se a um conjunto amplo de fatores: composição do
músculo, as característica do potencial de ação das fibras musculares ativas, os
processos de coordenação intramuscular, as propriedades dos eletrodos e o local onde
são colocados no músculo.
Pode-se dizer que o tratamento do sinal inicia-se, indiretamente, no momento da
colocação dos eletrodos, uma vez que a limpeza da pele, a quantidade e temperatura do
gel condutor, a posição dos eletrodos, a relação do sinal com o ruído, que expressa a
razão entre a energia do sinal gerado durante a contração muscular e a energia do ruído
27
proveniente de várias fontes indesejáveis que são fatores decisivos no nível e na pureza
do sinal de EMG que será coletado (TURKER,1993).
Os sinais de EMG são afetados pelas propriedades anatômicas e fisiológicas dos
músculos, pelo esquema de controle do sistema nervoso periférico e pela
instrumentação utilizada na coleta de sinal.
Então, é importante entender os
fundamentos das funções básicas dos músculos para o correto registro de sinais de EMG
(BASMAJIAN ; DE LUCA, 1985).
3.1 AMPLIFICADORES BIOLÓGICOS
A aquisição de sinais é caracterizada pela obtenção de informações que podem
ser analisadas por meio do estudo das grandezas físicas envolvidas em um processo.
Essas grandezas físicas podem ser medidas através de sensores que as transformam em
sinais elétricos podendo ser registrados através de um sistema de aquisição de dados
(Fig. 3). A utilização de microcomputadores torna a aquisição de dados muito mais
eficiente e confiável, com a vantagem dos dados já estarem prontos para análise e
processamento (NASCIMENTO et al.,2007).
Fig. 3. Diagrama representativo de um sistema de aquisição de sinal biológico (AMORIM, 2002)
28
Sensores ou transdutores são dispositivos que convertem grandezas físicas em
sinais elétricos, tensão ou corrente. Os condicionadores de sinais são equipamentos
eletrônicos que modificam o sinal de entrada de alguma forma, seja pela amplificação,
atenuação, ou pela filtragem e isolação.
O sinal de EMG, por exemplo, possui
amplitude da ordem de microvolts (µV) e precisa ser amplificado, filtrado durante sua
captação (AMORIM, 2002).
Existem basicamente duas técnicas para captação do sinal de EMG: uma utiliza
eletrodo monopolar e a outra utiliza eletrodo bipolar. Na configuração monopolar
apenas um eletrodo é colocado na pele por cima do músculo a investigar (Fig. 4). Este
eletrodo detecta o potencial elétrico em relação a um eletrodo de referência, colocado
em local onde não é afetado pela atividade elétrica gerada pelo músculo a ser estudado.
Na configuração bipolar são usados dois eletrodos em cada músculo, que também
captam o sinal em relação a um eletrodo de referência colocado em um ponto neutro
também denominado de eletrodo terra (Fig. 5). O corpo humano funciona como uma
boa antena para captar e conduzir energia eletromagnética (AMORIM, 2002).
Fig. 4. Representação esquemática do amplificador monopolar (AMORIM,2002)
29
Fig. 5. Representação esquemática do amplificador bipolar (AMORIM,2002)
3.2 GANHO DE AMPLIFICAÇÃO DO SINAL
O ganho é definido como a razão entre a voltagem que entra e aquela que sai do
amplificador. O ganho escolhido deve atender as características da experiência, dos
músculos estudados, do tipo de eletrodo e da utilização futura do sinal amplificado.
Considerando que o sinal de EMG (de superfície) apresenta na contração voluntária
máxima uma amplitude que não excede os 5 mV pico a pico (Fig.6), o ganho utilizado
deve ser ajustável entre 10 e 1000 vezes. Deve-se tomar cuidado para que o ganho
escolhido não exceda a voltagem esperada em nenhuma etapa do sistema, sob risco de
perda de parte da informação ou danos ao próprio sistema (ACIERNO, BARATA;
SOLOMONOW,1985).
30
Fig. 6. Faixa de ganho adequada (AMORIM, 2002)
3.3 FILTRAGEM DO SINAL
Os filtros podem ser usados para eliminar componentes de freqüência que não
pertencem ao sinal, ou ainda, componentes que não são relevantes para determinada
análise.
O sinal captado pode ser filtrado por hardware ou por software. A filtragem do
sinal por hardware pode ser feita dentro da etapa de amplificação, enquanto a filtragem
do sinal por software pode ser feita durante seu processamento.
Ao se medir sinais de EMG com eletrodos de superfície, há um conjunto de
interferências de diversas fontes que podem se misturar ao sinal de EMG. Cada uma
destas interferências tem características próprias que é necessário conhecer para a sua
eliminação, seja na fase de medição, ou na fase de processamento. O sinal de EMG (de
superfície), como uma soma de ondas de várias freqüências, tem a sua informação útil
localizada numa banda de freqüências determinada entre 20 a 500 Hz ( De Luca, 1995),
reduzida pelo efeito de "filtro dos tecidos" que se interpõem entre as fibras ativas e a
31
superfície de detecção. A banda passante de um filtro corresponde aos valores de
freqüência situados entre o filtro de corte de baixas freqüências (passa-alta) e o filtro de
corte de altas freqüências (passa-baixa). Pode também ser utilizado filtro que eliminam
freqüências específicas sendo esses denominados de: “filtro Notch” ( BASMAJIAN,
1962; AMORIM et.al.,2008; POLITTI, et.al.,2008).
3.4 CONVERSOR ANALÓGICO / DIGITAL
O conversor A/D converte o sinal analógico (EMG, goniometria, transdutor de
força) em dado digital. O sinal digitalizado pode então ser manipulado pelo
microcomputador.
3.4.1 FAIXA DE ENTRADA E RESOLUÇÃO DO CONVERSOR A/D
A faixa de entrada é um parâmetro associado à resolução e informa a faixa de
tensões que a placa conversora A/D consegue representar numericamente. Esta faixa
pode ser de ±5 V, ±2,5 V, 0 a 5V, ±10V, etc.
Quando os sinais de entrada não forem adequados para as faixas de entrada
disponíveis na placa A/D será necessário condicioná-los (amplificar ou atenuar) antes
de conectá-los na entrada da placa A/D. A Figura 7 demonstra um exemplo onde a faixa
do conversor A/D ou o ganho do condicionamento não está de acordo com o sinal. Já na
Figura 9, pode ser observado um ganho adequado para a visualização do sinal EMG.
Fig. 7. Faixa do conversor A/D em desacordo com o ganho de amplificação (AMORIM, 2002).
32
Fig. 8. Faixa do conversor A/D com escala adequada em relação ao ganho de
amplificação (AMORIM, 2002).
A resolução de um conversor A/D indica a menor variação do sinal analógico
que o conversor pode detectar. É geralmente indicada em termos de número de bits.
Assim, têm-se conversores com resolução de 10, 12, 14 ,16, ...bits, sendo os mais
comuns os de 12 bits e 16 bits.
Um conversor com faixa de entrada ± 5V e resolução de 12 bits pode representar
o sinal de entrada em 4096 ( 212 ) níveis ou divisões e detectará variações de 2,4 mV
(10 V dividido por 4096 níveis). Já o conversor de 16 bits pode representar o mesmo
sinal em 65536 ( 216 ) níveis e detectará variações de 153 uV. (10 V dividido por 65536
níveis), (AMORIM ,2002).
3.4.2 TAXA DE AMOSTRAGEM
Na prática o sinal de entrada do conversor A/D varia no decorrer do tempo e o
que se deseja é registrar esta variação. Como a capacidade de armazenamento de um
computador é finita, o registro não é contínuo e sim discreto no tempo.
A discretização no tempo é feita através da amostragem do sinal a intervalos
regulares. O inverso deste intervalo é a taxa de amostragem. Por exemplo, para uma
taxa de amostragem de 100 amostras por segundo (ou seja 100 Hz), o intervalo entre as
33
amostras é de 10 milissegundos (ou seja, 1/100 de segundo). A taxa de amostragem é
equivalente à resolução da conversão A/D, só que aplicada ao tempo.
Quanto maior a taxa, melhor a representação do sinal. No entanto, devido à
limitação do espaço disponível para armazenamento dos dados, há uma relação de
compromisso entre a taxa de amostragem e a duração da aquisição. Quanto maior a
taxa, menor será a duração da aquisição. Por exemplo, para um espaço disponível de 1
milhão de amostras e uma taxa de 100 amostras por segundo, a duração máxima da
aquisição será de 166 minutos e 40 segundos. Se aumentarmos a taxa para 1000
amostras por segundo, a duração máxima será de 16 minutos e 40 segundos.
A taxa de amostragem também não pode ser muito baixa, comparada com a
freqüência de variação do sinal, devido ao efeito de sub-amostragem (Aliasing).
O efeito Aliasing ocorre sempre que a freqüência de amostragem é menor que duas
vezes a freqüência da componente de maior freqüência do sinal, isso está de acordo com
o Teorema de Nyquist (DE LUCA, 1997).
O registro eletromiográfico caracteriza-se normalmente, por uma frequência
máxima de 500 Hz, sendo que a amostragem deverá ser de pelo menos 1000 Hz.
Quando se tratar de análise de atividades musculares em situações mais abrangentes é
aconselhável trabalhar com uma taxa de amostragem na ordem de 2000 Hz, sempre
tendo como parâmetro a componente de maior frequência do sinal delimitado pelo filtro
passa baixa ( BASMAJIAN; De LUCA, 1985).
3.4.3 CALIBRAÇÃO
A grandeza física medida é convertida em tensão elétrica através de um sensor ou
transdutor, que é então aplicada ao conversor A/D. Conhecendo-se a faixa de entrada e a
resolução do conversor A/D, pode-se calcular a tensão elétrica na entrada do conversor
a partir do valor digitalizado, como demonstrado no exemplo da Figura 09.
34
Fig. 09. Exemplo da relação da grandeza física com o sinal digital. (Amorim, 2002)
35
4 TRATAMENTO MATEMÁTICO
Dois tipos de processamento são normalmente utilizados na investigação:
processamento no domínio temporal, quando se está interessado na análise da
amplitude do EMG com base no tempo, e processamento no domínio da freqüência.
(ACIERNO; BARATA;SOLOMONOW, 1985; SUDA; AMORIM.; SACCO, 2007).
4.1 PROCESSAMENTO NO DOMÍNIO TEMPORAL
Para o processamento do EMG com base no tempo, utiliza-se um conjunto de
processos de transformação de curva que visam caracterizar e medir a intensidade do
sinal durante o tempo de contração. Tendo aplicações cinesiológicas diversas, o
processamento do EMG no domínio temporal é muito utilizado em áreas como a
coordenação neuromuscular, o controle motor, a relação EMG e Força ou a participação
muscular no movimento humano.
4.2 REMOÇÃO DA COMPONENTE DC PRESENTE NO SINAL
Muitas vezes o sinal apresenta uma componente contínua que provoca um
deslocamento da linha de base do sinal. Esta componente contínua é um sinal comum
que não tem qualquer relação com a atividade mioelétrica. Pode ser o resultado de
fenômenos eletroquímicos entre os eletrodos e a pele ou de limitações dos
amplificadores utilizados. Uma maneira fácil de remover esta componente é calcular a
média de todos os pontos amostrados, e deslocar a curva EMG deste resultado (Filtro
Passa-altas).
4.3 RETIFICAÇÃO DO SINAL
A retificação da curva é uma operação normalmente utilizada de forma a
permitir a posterior integração do sinal, já que transforma uma curva com valores
36
positivos e negativos (Fig. 10), com média igual a zero, em uma curva de valores
absolutos, todos positivos (Fig. 11).
Existem duas formas de retificar a curva: eliminar os valores negativos
(retificação de meia onda), ou invertendo-se os valores negativos e adicionando aos
positivos (retificação de onda completa). A retificação de onda completa tem a
vantagem de manter toda a informação contida no sinal com relação a retificação de
meia onda (WINTER, 1990;ANDRADE, et al.,2006).
Fig. 10. Sinal original de interferência ( AMORIM, 2002)
Fig. 11. Sinal original retificado (AMORIM, 2002)
4.4 VALOR RMS DO SINAL
O valor RMS (abreviação
do inglês "root-mean-square"), corresponde à
quantidade de sinal contínuo capaz de conter a mesma quantidade de energia.
Matematicamente é definido como a raiz quadrada da média dos quadrados dos valores
37
instantâneos do sinal (De LUCA, 1997; POLITTI; AMORIM; CALILI ; ANDRADE,
PALOMARI et al.,2009).
4.5 NORMALIZAÇÃO DO SINAL NO DOMÍNIO DO TEMPO
Um dos problemas que surgem ao se comparar diferentes sinais EMG está
relacionado com as diferenças na duração de vários sinais que se pretende comparar.
Normalizar em tempo significa transformar, sem alterar a estrutura do sinal, os
sinais de duração diferentes em sinais com o mesmo número de amostras. Isto pode ser
feito, por exemplo, tomando como referência o sinal que contém o menor número de
amostras. A aplicação de um algoritmo que determine, em função da duração de cada
sinal, o número de amostras a ser retirado de forma intervalada, reduz todos os sinais ao
número de amostras do mais curto, sem alterar a sua forma (ERVILHA,DUARTE;
AMADIO, 1998).
4.6 NORMALIZAÇÃO EM AMPLITUDE
O sinal de EMG apresenta grande variabilidade quando comparado com
registros de um mesmo indivíduo ou de indivíduos diferentes. O valor absoluto da
intensidade do sinal EMG fornece por isto pouca informação, principalmente quando
lida-se com sinais de indivíduos diferentes ou do mesmo indivíduo em momentos
diferentes. Uma das formas de contornar esta limitação é a normalização em amplitude
das curvas EMG. Esta técnica consiste na transformação dos valores absolutos de
amplitude, das diferentes curvas que se pretende comparar, em valores relativos a um
EMG de referência considerado como 100% (ARAUJO et.al.,1992).
4.7 INTEGRAL DO EMG
A interpretação matemática do conceito de integral consiste na determinação da
área delimitada pela curva, seja esta um sinal EMG ou qualquer outro sinal. No caso do
EMG, para que o resultado da integração não seja zero, deve-se usar o sinal retificado.
38
Através da integração do sinal de EMG obtém-se um resultado que é proporcional ao
número de impulsos elétricos.
4.8 FILTRAGENS DO SINAL RETIFICADO
Os sinais coletados em tempo real no formato original são armazenas em
arquivos. Após essa fase são aplicados alguns processamentos matemáticos. Esse
processamento consiste em fazer a sua retificação, ou seja, transformar a parte negativa
desse sinais em positiva. Isso é necessário para permitir o cálculo da media do sinal
analisado, uma vez que essa retificação não seja feita o cálculo da média dos sinais
ficará próximo de zero. Isto porque a parte negativa e a positiva são simétricas. A pós a
retificação, pode-se passar um filtro passa-baixa de 5 Hz , para ter um envoltório desse
sinal. Quanto mais baixo for o valor desse filtro mais alisada ficará a curva.
4.9 PROCESSAMENTO NO DOMÍNIO DA FREQUÊNCIA
O sinal EMG apresenta as suas freqüências distribuídas entre 1 e 500 Hz, com
grande concentração entre os 20 e 250 Hz no caso de atividade muscular simples. A
distribuição de energia nas diferentes freqüências (densidade espectral de energia)
espelha a predominância dos componentes de baixa ou alta freqüência do sinal e tem
sido utilizada em investigação cinesiológica. Os fatores que influenciam o perfil
espectral do sinal EMG têm sido listados por vários autores.
O EMG de superfície pode ser considerado como uma sobreposição de
potenciais de ação de todas as unidades motoras ativas. O espectro de freqüências do
EMG contém assim informação sobre as características das diferentes fibras que
contribuem para o sinal. A análise espectral pode fornecer informação sobre a duração
média dos potenciais das fibras ativas, que por sua vez pode ser utilizada para
determinar a velocidade média de condução das fibras musculares (AMORIM, 2002).
39
5 MATERIAL E MÉTODOS
5.1 Parte experimental
Todos os indivíduos foram devidamente informados sobre os objetivos e os
procedimentos a serem adotados durante o experimento. Posteriormente, assinaram um
termo de Consentimento de Participação previamente autorizado pelo Comitê de Ética
em Pesquisa, de acordo com os termos da Resolução n.º 196/96, de Outubro de 1996, do
Conselho Nacional de Saúde do Ministério da Saúde. Todos os voluntários foram
analisados por um profissional fisioterapeuta / Dentista especialista. Especialista em
desordem musculoesqueléticas.
Todo procedimento de colocação de eletrodos foram feitos de acordo com De
Luca (1997), Amorim (2008) e recomendações da ISEKe SENIAM (www.seniam.org),
sendo posicionados na linha média do ventre muscular, entre o ponto motor e a junção
miotendinosa, com a superfície de detecção orientada no sentido das suas fibras.
Área e forma da superfície de contato dos eletrodos bem como a distância entre eles
foram mantidas fixas.
No primeiro experimento participaram 15 voluntários destros do sexo feminino,
idade entre 20 e 27 anos todas apresentando disfunção (bruxismo). Os músculos
estudados foram: masseter direito e masseter esquerdo.
No segundo experimento participaram 15 voluntários sendo 14 mulheres e 01
homem, com idade entre 19 e 29 anos, com sintomas de disfunção temporomandibular e
que nunca tinham usados placa oclusal. Os músculos estudados foram: masseter direito,
masseter esquerdo, temporal direito e temporal esquerdo.
No terceiro experimento participaram 07 voluntários com DPOC de ambos os
sexos, com idade média de 66 anos e 07 voluntários saudáveis de ambos os sexos com
idade média de 68 anos. Os músculos estudados foram: esternocleidomastoideo e
intercostal em inspiração máxima.
No quarto experimento participaram 10 voluntários saudáveis do sexo feminino,
com idade média de 25 anos. Os músculos estudados foram: esternocleidomastoideo e
os intercostais ( porção inferior e superior da costela).
40
5.2 Instrumentação utilizada
Para a captação do sinal EMG foi utilizado o sistema de aquisição com 8 canais
(EMG System do Brasil Ltda ®), composto por eletrodos de superfície ativos bipolar,
filtro analógico passa banda de 20 a 500 Hz e modo comum de rejeição > 100 dB
(Fig.12a). Os sinais eletromiográficos amostrados com freqüência de 2 kHz,
digitalizados por placa de conversão A/D (analógico-digital) com 16 bits de resolução, e
armazenados em disco para posterior análise. Um canal do sistema de aquisição foi
habilitado para a utilização da célula de carga (Fig. 12b), com saída entre 0 a 20mV e
alcance até 1 kN (EMG System do Brasil Ltda ®),
Fig. 12. (a) Eletromiógrafo – 8 canais (EMG System do Brasil®), (b) Célula de carga (EMG System
do Brasil Ltda ®),
5.3 PROCEDIMENTO E COLETA DOS DADOS
Na coleta do sinal EMG foi utilizado eletrodos de superfície auto-adesivos
circulares de prata cloreto de prata (Ag/AgCl) descartáveis (Fig. 14a), com diâmetro de
20 mm (Medical Trace®), e distância inter-eletrodos centro a centro de 20 mm. Os
locais de fixação dos eletrodos foram previamente preparados com álcool 70% para a
eliminação de resíduos gordurosos, seguida de esfoliação da pele por meio de uma lixa
específica (Fig. 14 b) para pele (Bio-logic Systems Corp®) e nova limpeza com álcool.
41
Como eletrodo de referência, foi utilizado um eletrodo retangular de metal, com 3 cm de
comprimento e 2 cm de largura, untado com gel eletrocondutor (Pharmaceutical
Innovations® - Fig. 13 c) e fixado no punho esquerdo dos voluntários.
Durante os experimentos, foram coletados sinais EMG dos indivíduos em
contrações voluntárias máximas (CVM) e em repouso (NOBRE,. et al.,2006)..
Fig. 13. (a) Eletrodo descartável de Ag/AgCl (MedicalTrace®), (b) Lixa para esfoliação (Bio-logic
Systems Corp®), (c) Gel eletrocondutor (Pharmaceutical Innovations®).
5.4 PROCESSAMENTO E ANÁLISE DOS SINAIS
Para o estudo, os sinais EMG obtidos, foram normalizados pelos valores médios com
100% da CVM, como utilizado por McLean (2005).
Na análise da amplitude do sinal EMG normalizado pela CVM, foram utilizados
valores em RMS (root mean square) obtidos por uma janela móvel de 200ms, por meio
do software EMG-Analysis Ver. 1.01 (EMG System do Brasil Ltda ®).
Os sinais coletados foram analisados e processados conforme sugerido por
(WINTER, 1990). Foram calculados a média RMS dos sinais para cada eletrodo e
feitos análise no domínio da freqüência, conforme as estapas:
ƒ
Retificação total do sinal, também conhecido como retificação de onda
completa.
42
ƒ
Normalização da amplitude do sinal, onde os valores dos sinais
eletromiográficos retificado foram submetidos a um valor de referência, e
comum a todos os sinais, de forma a permitir comparações.
ƒ
Envoltório linear da base de tempo, obtido a partir do traçado retificado,
fazendo uso de um filtro passa baixa digital com freqüência de 5 Hz
(WINTER, 1990) e que resulta num envoltório que segue o contorno do
sinal eletromiográfico.
ƒ
Normalização na base de tempo, como objetivo normalizar o tempo de
atividade dos diferentes sinais coletados (0 a 100%).
ƒ
Análise no domínio da freqüência através da Transformada Rápida de
Fourier (FFT).
Após o processamento de cada traçado, foram obtidos a média RMS, desvio
padrão e análise no domínio da freqüência dos traçados para cada músculo de cada
voluntário.
43
6 RESULTADOS
6.1 AMORIM C.F. et al., Behavior analysis of electromyographic activity of the
masseter muscle in sleep bruxers, Journal of Bodywork & Movement Therapies (2009),
doi:10.1016/j.jbmt.2008.12.002
44
6.2 NASCIMENTO, L.N.; AMORIM, C.F.; GIANNASI, L.C.; OLIVEIRA,
C.S.;NACIF, S.R.; SILVA, A.M.; NASCIMENTO,D.F.F.; MARCHINI, DANIELA;
OLIVEIRA,L.V.F., Occlusal splint for sleep bruxism: na electromyographic associated
to Helkimo Index evoluation, Sleep Breath (2008) 12:275–280, DOI 10.1007/s11325007-0152-8
45
6.3 ANDRADE, A.D.; SILVA,T.N.S.;VASCONCELOS, H.; MARCELINO, M.;
RODRIGUES-MACHADO, M.G.; FILHO, G.; MORAES, M.; MARINHO, P.E.M.;
AMORIM, C.F. , Inspiratory muscular activation during threshold therapy in elderly
healthy and patients with COPD, Journal of Electromyography and Kinesiology (2005),
doi:10.1016/j.jelekin.2005.06.002
46
6.4 NOBRE, M.E.P.N.; LOPES, F.; CORDEIRO, L.; MARINHO, P.E.M.; SILVA,
T.N.S.S.; AMORIM, C.F.; CAHALIN, L.P.; ANDRADE, A.D., Inspiratory muscle
endurance testing: pulmonary ventilation and electromyographic analysis, Respiratory
Physiology & Neurobiology, (2006), doi:10.1016/j.resp.2006.04.005
47
7 DISCUSSÃO
O bruxismo do sono está amplamente aceito na literatura como um hábito oral
parafuncional, caracterizado pelo rangido e apertamento não funcional dos dentes, que
resultam em excessivos contatos estruturais, problemas periodontais e desordens da
ATM (RAMFJORD, 1961, RUGH ; HARLAN, 1988).
Segundo Rosales et. al.(2002), o estresse psicológico e emocional está associado
ao BS em humanos, sendo verificados pelo aumento da atividade EMG dos músculos
mastigatórios e combinados ao aumento dos níveis de catecolaminas. O aumento da
atividade muscular mandibular, também pode ser observado em modelos animais que
exibem estados emocionais associados ao BS.
Yemm (1972), experimentalmente criou situações de estresse em pacientes
enquanto monitorava a atividade muscular EMG do masseter. O autor reportou
diferenças nas características de resposta muscular entre pacientes e não pacientes
submetidos a situações de estresse total.
Segundo Roark, Glaros e O’Maholy (2003), os esplintes oclusais são
comumente usados para o tratamento das DTM e BS. Entretanto vários tipos de
esplintes são fabricados, sendo os mais comuns os removíveis de acrílico ou resina
utilizados para estabilização. Estes dispositivos são referidos como estabilizadores de
mordida, esplintes miorrelaxantes ou oclusais, tendo função de estabilização da ATM,
proteção de estruturas dentárias, relaxamento miofacial, redistribuição de forças
(mordida cruzada) e diminuição do BS.
Sheikholeslam, Holmgren e Riise (1986) mostraram resultados indicando que a
utilização dos esplintes oclusais pode diminuir ou eliminar sinais e sintomas das
desordens funcionais e restabelecer a simetria mastigatória, reduzindo a atividade EMG
dos músculos masseter e temporal.
No experimento 01 a atividade elétrica dos músculos masseteres foi avaliada em
duas situações distintas. Inicialmente foi utilizada a EMG de superfície após uma
jornada de trabalho. A segunda mensuração foi realizada no dia seguinte, após uma
noite de sono fazendo uso do esplinte oclusal.
Em relação aos valores referentes ao sinal EMG do músculo masseter direito,
observamos que cinco dos seis sujeitos avaliados apresentaram uma redução dos valores
48
elétricos da atividade muscular, sendo esta diferença estatisticamente significante
(p<0,05)
Referente aos resultados obtidos no músculo masseter esquerdo, foi observado
também uma diferença significativa em cinco dos seis sujeitos avaliados, mostrando
redução da atividade elétrica muscular.
Nossos resultados se apóiam no estudo de Baba et. al., (2000), que mostraram
uma significativa diferença na distribuição de forças nos músculos mastigatórios e
ATM. Durante o apertamento dos dentes, a atividade dos músculos oclusais causa
pequenos movimentos na mandíbula influenciando na sobrecarga da ATM.
Nossos resultados também se identificam com os de Landulpho et al. (2002),
que mostraram uma significativa redução (p<0,05) na atividade EMG dos músculos
masseter e temporal anterior durante o apertamento mandibular isométrico em pacientes
que fazem o uso de esplintes oclusais, mostrando assim uma diminuição da atividade do
sinal EMG.
No experimento 02 os resultados revelaram que após o uso do esplite oclusal
durante 60 dias do tratamento os voluntários apresentaram uma diminuição da atividade
eletromiográfica dos músculos masseter e temporal.
Landulpho et.al (2002), estudaram o efeito do esplinte oclusal durante terapia
aplicada a DTM em períodos de 120 dias, e obtiveram resultados semelhantes.
Holmgrean et.al.(1993), observaram em 31 individuos com bruxismo do sono
que fizeram uso do esplinte oclusal por 06 meses, uma diminuição do sintomas da
DTM, diminuição da dor na região tempral e diminuição do ruído articular.
Em recentes estudos Dubé et.al (2004) compararam a eficácia do esplinte oclusal
em 09 voluntários com bruxismo do sono através da polissonografia noturna por duas
semanas e observaram o melhora no sono dos voluntários.
O esplinte oclusal usado por 60 dias em bruxistas do sono, apresentou
significante redução dos sinais clínicos e da DTM. Recomenda-se que indivíduo com
essa disfunção use regularmente durante a noite o esplinte oclusal.
No
experimento
03
os
resultados
revelaram
que
músculo
esternocleidomastoideo é responsável pela resposta ao limiar de carga de resistência em
pacientes com DPOC, uma vez que sua atividade eletromiográfica aumentou 28%
durante o exercício com resistência usando Threshold enquanto que a atividade do
49
músculo diafragma manteve-se constante. No grupo de idosos sadios a resposta com
carga estava presente não somente no músculo esternocleidomastoideo, mas também no
músculo diafragma com incremento de 7% e 11 % respectivamente, portanto mostrando
uma maior tendência na ativação do diafragma.
Em indivíduos saudáveis o músculo diafragma é responsável por 60 a 70 % do
volume corrente enquanto que em repouso sua ativação ocorre em situações adversas,
conforme demonstrado por S.Yan et.al.(1999). Em indivíduos com DPOC a
hiperventilação pulmonar, característica da condição afeta a capacidade de trabalho do
diafragma devido ao encurtamento e perda de elementos contráteis (A. DE Troyer,
1997).
Mananas et.al.,(2000) demonstrou em estudo com eletromiografia que o
músculo esternocleidomastoideo está ativo apenas quando são necessários altos níveis
de ventilação pulmonar.
No experimento 04 verificamos que não houve diferença significante para o
músculo esternocleidomastoideo na fase de controle (11,8 ± 1,31 uV) durante o ensaio
de resistência do músculo inspiratório (IME) com resistência de 20 a 30 cmH2O,
utilizando o protocolo de teste de resistência (ITL) proposto por Martyn et.al.(1987).
Observarmos um aumento significante em relação às atividades eletromiográfica nos
músculos da parte inferior da costela com resistência de 20 cmH20 (9,7 ± 3,9 com
p=0,02) e para 30 cmH2O ( 10,0 ± 2,7 para p=0,03) em comparação com a fase sem
carga ( 4,6 ±1,4).
Observarmos
uma
diminuição
significante
em
relação
às
atividades
eletromiográfica nos músculos da parte superior da costela durante a resistência de 10
cmH20 (13,5 ± 2,70), durante 20 cmH20 (14,2 ± 2,9), 30 cmH20 (16,6 ± 5,9) em
relação à fase sem carga (13,5 ± 3,5).
Resistências impostas sobre os músculos respiratórios são comumente utilizadas
na avaliação e treinamento desta musculatura. Usando uma válvula de mola Bardsley
et.al.(1993) avaliaram a resistência dos músculos inspiratórios com cargas crescentes e
mostraram que o teste não foi influenciado pelo padrão ventilatório. Larson et.al.(1999)
utilizando teste semelhante em pacientes DPOC encontrou uma diminuição no volume
corrente e aumento na taxa de respiração. Nossos achados mostram que mulheres jovens
aparentemente saudáveis apresentam uma diminuição na taxa de respiração combinada
50
com mudanças nas atividades dos músculos respiratórios durante o teste de resistência.
Em pacientes com DPOC este aumento ocorre predominantemente na musculatura
acessória, como o esternocleidomastoideo, enquanto em indivíduos saudáveis (sem
precedentes ou históricos de doença pulmonar) foi observado atividades nos músculos
esternocleidomastoideo e músculos intercostais.
51
8 CONCLUSÃO
O uso do esplinte oclusal é indicado para tratamento do bruxista do sono,
conforme resultados encontrados nas amplitudes dos sinais dos músculos masseter
direito e esquerdo em repouso e na contração isométrica voluntária máxima;
O Fator de stress durante o dia pode influencias no aumento da atividade elétrica
do músculo masseter em portadores desta disfunção.
O Esplinte oclusal usado por 60 dias em bruxistas do sono, apresentou
significante redução dos sinais clínicos e da DTM, recomenda-se que pacientes com
essa disfunção usem regularmente durante a noite o esplinte oclusal.
O aumento da resistência através do threshold provoca aumento das atividades
elétricas dos músculos inspiratórios. Em pacientes com DPOC esse aumento ocorre
principalmente na musculatura acessória representada por esternocleidomastoideo.
Resistência ao fluxo aéreo em pacientes com DPOC causa alterações
importantes no volume pulmonar e consequentemente no desempemho dos músculos
respiratórios.
Para coletas dinâmicas o eletrodo ativo (com pré-amplificação) mostrou-se
menos suscetível a artefatos ou ruídos ambientais, que pode ser comprovado em
comparação com a mesma qualidade dos sinais coletados durante isometria nos
voluntários com disfunção.
Sendo assim, podemos sugerir a eletromiografia de superfície como ferramenta
de auxílio no estudo e melhor interpretação dos sinais elétricos emanados durante a
contração muscular em situações normais e patológicas.
Baseado nos resultados apresentados, concluímos que a EMG de superfície é
uma ferramenta de quantificação podendo ser aplicada no estudo da reabilitação motora
e funcional.
52
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