Avalia¸c˜
ao de atividade muscular
atrav´
es de eletromiografia
Por
Inˆes Filipa Vaz da Silva
Orientador: Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos
Co-orientador: Doutor Bruno Jorge Antunes Cola¸co
Disserta¸c˜ao submetida `a
UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO para obten¸c˜ao do grau de
MESTRE
em Engenharia Biom´edica, de acordo com o disposto no DR – I s´erie–A, Decreto-Lei n.o
74/2006 de 24 de Mar¸co e no Regulamento de Estudos P´os-Graduados da UTAD
DR, 2.a
s´erie – Delibera¸c˜ao n.o
Avalia¸c˜
ao de atividade muscular
atrav´
es de eletromiografia
Por
Inˆes Filipa Vaz da Silva
Orientador: Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos
Co-orientador: Doutor Bruno Jorge Antunes Cola¸co
Disserta¸c˜ao submetida `a
UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO para obten¸c˜ao do grau de
MESTRE
em Engenharia Biom´edica, de acordo com o disposto no DR – I s´erie–A, Decreto-Lei n.o
74/2006 de 24 de Mar¸co e no Regulamento de Estudos P´os-Graduados da UTAD
DR, 2.a
s´erie – Delibera¸c˜ao n.o
Orienta¸c˜ao Cient´ıfica :
Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos
Professor Associado com Agrega¸c˜ao do
Departamento de Engenharias da Escola de Ciˆencias e Tecnologia Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Doutor Bruno Jorge Antunes Cola¸co
Professor Auxiliar do
Departamento de Zootecnia da Escola de Ciˆencias Agr´arias e Veterin´arias Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Acompanhamento do trabalho :
Nuno Miguel dos Santos Pinto da Silva
Investigador do Departamento de Engenharias Escola de Ciˆencias e Tecnologia Univesidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
”Na vida, n˜ao existe nada a temer, mas a entender”
Marie Curie (1867 – 1934)
”Existe uma coisa que uma longa existˆencia me ensinou: toda a nossa ciˆencia, comparada `a realidade, ´e primitiva e inocente; e, portanto, ´e o que temos de mais valioso.”
Albert Einstein (1879 – 1955)
A quem dedico, Aos meus pais e irm˜ao.
Avalia¸c˜ao de atividade muscular
atrav´es de eletromiografia
Inˆes Filipa Vaz da Silva
Submetido na Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro para o preenchimento dos requisitos parciais para obten¸c˜ao do grau de
Mestre em Engenharia Biom´edica
Resumo — O estudo do corpo humano tem vindo a tornar-se cada vez mais mi-nucioso e detalhado gra¸cas, em parte, ao desenvolvimento de sensores e tecnologias de monitoriza¸c˜ao que permitem avaliar as mais pequenas altera¸c˜oes nos variados parˆametros do corpo humano. Um dos m´etodos que contribuiu para este avan¸co ´e a eletromiografia. A eletromiografia ´e uma t´ecnica de monitoriza¸c˜ao da ativi-dade el´etrica das membranas excit´aveis das c´elulas musculares, representando os potenciais de a¸c˜ao deflagrados por meio da leitura da tens˜ao el´etrica ao longo do tempo. O sinal EMG ´e captado com sensores (el´etrodos) capazes de registar os potenciais de a¸c˜ao que ocorrem por meio da ativa¸c˜ao volunt´aria do m´usculo ou por estimula¸c˜ao el´etrica. O objetivo deste estudo centrou-se na avalia¸c˜ao de um novo sistema eletromiogr´afico (EMG) para monitorar a contra¸c˜ao do m´usculo mass´eter para posteriores aplica¸c˜oes na ´area da odontologia, nomeadamente no diagn´ostico da disfun¸c˜ao temporomandibular, monitoriza¸c˜ao de terapias ortodonticas e em proble-mas de m´a oclus˜ao. Na presente disserta¸c˜ao apresentam-se circuitos el´etricos onde o sinal anal´ogico captado atrav´es dos el´etrodos ´e convertido para o dom´ınio digital para poder ser posteriormente processado por algoritmos computacionais que fazem a leitura e interpreta¸c˜ao destes sinais. Para isso, certos parˆametros de aquisi¸c˜ao foram especificados e escolhidos, nomeadamente o tipo de el´etrodos, frequˆencia de amostragem, amplificadores de instrumenta¸c˜ao, filtros, convers˜ao anal´ogico/digital, al´em do equipamento de armazenamento de dados. A sa´ıda desta cadeia ´e a en-volvente do sinal EMG que representa o potencial relativo `a m´axima contra¸c˜ao muscular. Realizou-se ensaios pr´aticos em coelhos que demonstram a viabilidade da solu¸c˜ao proposta para o estudo da atividade eletromiogr´afica muscular.
Palavras Chave: Eletromiografia, processamento de sinal, mass´eter, circuitos anal´ogicos, el´etrodos, neurofisiologia.
Evaluation of muscle activity
through electromyography
Inˆes Filipa Vaz da Silva
Submitted to the University of Tr´as-os-Montes and Alto Douro in partial fulfillment of the requirements for the degree of
Master of Biomedical Engineering
Abstract — The study of the human body has become more detailed and me-ticulous thanks in part to the development of sensors and monitoring technologies that allow to evaluate the smallest changes of various parameters of the human body. One of the methods that contributed to this advancement is electromyography. Elec-tromyography is a technique for monitoring the electrical activity of the excitable membranes of muscle cells, representing the action potentials triggered by the rea-ding of the electrical voltage over time. The EMG signal is captured with sensors (electrodes) capable of recording the action potentials that occur through volun-tary activation of the muscle or through electrical stimulation. The objective of this study was to evaluate a new electromyographic (EMG) system to monitor the contraction of the masseter muscle for later applications in dentistry, namely in the diagnosis of temporomandibular dysfunction, orthodontic therapy monitoring and malocclusion problems. In this dissertation electrical circuits are presented where the signal captured through the electrodes is an analog signal that is converted to the digital domain to be later processed by computational algorithms that read and interpret these signals. For this purpose, certain acquisition parameters were speci-fied and chosen, namely the type of electrodes, sampling frequency, instrumentation amplifiers, filters, analog/digital conversion, and data storage equipment. Practical tests were performed on rabbits demonstrating the viability of the proposed solution for the study of muscular electromyographic activity.
Key Words: Electromyography, signal processing, masseter, analog circuits, elec-trodes, neurophysiology.
Agradecimentos
Ao Professor Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos, Professor Associado com Agrega¸c˜ao do Departamento de Engenharias da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro, orientador deste trabalho, pela sua motiva¸c˜ao, pelas suas sugest˜oes, disponibilidade em ajudar e partilha de conhecimentos.
Ao Professor Doutor Bruno Jorge Antunes Cola¸co, Professor Auxiliar do Depar-tamento de Zootecnia da Escola de Ciˆencias Agr´arias e Veterin´arias, na qualidade de co-orientador, por toda a ajuda dispensada, pelas suas observa¸c˜oes, orienta¸c˜oes e por todo o interesse e preocupa¸c˜ao demonstrados.
Ao investigador Nuno Miguel dos Santos Pinto da Silva que me acompanhou em todo o preocesso desta disserta¸c˜ao, pelas suas sugest˜oes que contribu´ıram para a qualidade geral do texto, pelo apoio prestado, pelo seu conhecimento e disponibi-lidade em ajudar bem como pelo fornecimento dos dados necess´arios ao presente trabalho.
Ao Professor Victor Manuel Carvalho Pinheiro, do Departamento de Zootecnia da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro, pela disponibilidade numa das etapas
do trabalho.
A toda a minha fam´ılia, especialmente aos meus pais por sempre acreditarem do que eu era capaz e pelo apoio em todos os momentos inclusive na realiza¸c˜ao da minha disserta¸c˜ao.
Ao Bruno pela paciˆencia e incentivo que me deu durante a realiza¸c˜ao da disserta¸c˜ao.
Aos meus amigos e colegas de Engenharia Biom´edica da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro que estiveram sempre ao meu lado pela sua amizade e apoio durante esta etapa.
A todos, um sincero obrigada!
UTAD, Inˆes Filipa Vaz da Silva
Vila Real, 12 de Outubro de 2017
´Indice geral
Resumo ix
Abstract xi
Agradecimentos xiii
´Indice de tabelas xvii
´Indice de figuras xix
Gloss´ario, acr´onimos e abreviaturas xxiii
1 Introdu¸c˜ao 1
1.1 Eletromiografia . . . 1
1.2 Aquisi¸c˜ao de dados EMG . . . 3
1.3 Motiva¸c˜ao e objetivos . . . 4
1.4 Organiza¸c˜ao da disserta¸c˜ao. . . 5
2 Atividade muscular e a eletromiografia 7 2.1 Introdu¸c˜ao ao EMG. . . 7
2.2 Hist´oria da eletromiografia . . . 10
2.3 A EMG nos m´usculos da mastiga¸c˜ao . . . 13
2.4 Sistema neuromuscular . . . 17
2.4.1 Arquitetura do m´usculo esquel´etico . . . 19
2.4.2 Unidade motora . . . 20 xv
2.4.3 Potencial de a¸c˜ao . . . 24
2.4.4 M´usculos da mastiga¸c˜ao . . . 27
2.5 Fatores que afetam os sinais EMG . . . 30
2.6 El´etrodos . . . 33
2.6.1 El´etrodos de superf´ıcie . . . 34
2.6.2 El´etrodos intramusculares . . . 36
2.7 Ru´ıdo e interferˆencias . . . 37
3 Equipamentos e m´etodos para a medida EMG 41 4 Desenho do prot´otipo de medica EMG 51 4.1 Diagrama funcional . . . 51
4.2 Amplificador de instrumenta¸c˜ao . . . 53
4.3 Filtros . . . 55
4.3.1 Filtro passa-baixo Butterworth de 4a ordem . . . 55
4.3.2 Filtro Notch . . . 58
4.4 Detetor de pico . . . 59
4.5 Prot´otipo final. . . 61
4.6 Teste de valida¸c˜ao do prot´otipo desenvolvido . . . 65
5 Avalia¸c˜ao experimental 69 5.1 Teste in vivo . . . 69
5.1.1 Obten¸c˜ao do sinal EMG . . . 71
5.2 An´alise dos resultados obtidos . . . 72
5.3 Dificuldades encontradas . . . 76
6 Considera¸c˜oes finais 79 6.1 Perspectivas de trabalho futuro . . . 81
Referˆencias bibliogr´aficas 83
A Anexos 87
´Indice de tabelas
2.1 Resumo dos estudos eletromiogr´aficos em m´usculos da mastiga¸c˜ao . . 16
2.2 Caracter´ısticas dos tecidos musculares. . . 18
A.2 Alguns dos resultados obtidos. . . 93
´Indice de figuras
1.1 Pr´otese bi´onica do bra¸co. . . 3
1.2 Recolha de sinal EMG utilizando el´etrodos de agulha. . . 4
2.1 Funcionamento de uma fibra muscular. . . 8
2.2 Sistema de EMG DISA 122A67 . . . 12
2.3 Diferentes tipos de m´usculo . . . 17
2.4 Composi¸c˜ao do m´usculo esquel´etico. . . 20
2.5 Esquema do sistema neuromuscular . . . 21
2.6 Unidade motora e respetivo sinal mioel´etrico . . . 23
2.7 Representa¸c˜ao da gera¸c˜ao e propaga¸c˜ao de um potencial de a¸c˜ao em uma c´elula excit´avel . . . 26
2.8 M´usculo Mass´eter . . . 28
2.9 M´usculo temporal . . . 29
2.10 M´usculo pterig´oideo medial . . . 29
2.11 M´usculo pterig´oideo lateral. . . 30
2.12 Fatores que afetam o sinal EMG . . . 31
2.13 El´etrodos de superf´ıcie. . . 34 xix
2.14 Tipo de el´etrodos de superf´ıcie usados para detectar o sinal EMG de
superf´ıcie. . . 35
2.15 El´etrodo de agulha . . . 37
3.1 Configura¸c˜ao Experimental para aquisi¸c˜ao de sinal EMG . . . 45
3.2 PCB final do circuito EMG . . . 46
3.3 Esquema do circuito final de amplifica¸c˜ao e filtragem . . . 47
3.4 Posi¸c˜ao de el´etrodos em teste In Vivo. . . . 49
4.1 Diagrama funcional. . . 52
4.2 Amplificador de instrumenta¸c˜ao escolhido, na sua configura¸c˜ao b´asica. 54 4.3 Circuito de elimina¸c˜ao da componente DC que acompanha o sinal EMG. . . 54
4.4 Filtro passa-baixo Butterworth de 4a ordem utilizando a topologia Sallen-Key. . . 56
4.5 Filtro notch sintonizado nos 50 Hz. . . 58
4.6 Bateria de l´ıtio. . . 59
4.7 Detetor de pico . . . 60
4.8 Front-End do circuito EMG. . . 61
4.9 Resposta em frequˆencia do sistema, tendo em conta os filtros utilizados. 63 4.10 Prot´otipo completo montado no seu circuito impresso . . . 64
4.11 Posicionamento el´etrodo de superf´ıcie. . . 66
4.12 El´etrodos de superf´ecie no membro superior . . . 67
4.13 Sinal obtido no oscilosc´opio. . . 68
5.1 Equipamento utilizado onde se observa a caixa que aloja o prot´otipo realizado. . . 70
5.2 Equipamento posicionado. . . 71
5.3 Posi¸c˜ao dos el´etrodos no mass´eter do coelho. . . 71
5.4 Movimento da mastiga¸c˜ao. . . 72
5.5 Picos contra¸c˜ao do m´usculo mass´eter. . . 73
5.6 Sinal obtido durante a mastiga¸c˜ao. . . 74
5.7 Picos da contra¸c˜ao do mass´eter com presen¸ca de ru´ıdo. . . 75 xx
5.8 El´etrodos de succ¸c˜ao . . . 77
A.1 Circuito final. . . 88
Gloss´
ario, acr´
onimos e
abreviaturas
Gloss´
ario de termos
Acetilcolina (ACh) — Foi o primeiro neurotransmissor descoberto. ´E um ´ester do ´acido ac´etico e da colina, cuja a¸c˜ao ´e mediada pelos receptores nicot´ınicos e muscar´ınicos. A contra¸c˜ao muscular ocorre devido `a libera¸c˜ao desta substˆancia pelas ramifica¸c˜oes do ax´onio.
Amplitude — Quantidade que expressa o n´ıvel de atividade do sinal. Biomecˆanica — Estudo da mecˆanica dos organismos vivos.
CMRR (Raz˜ao de Rejei¸c˜ao do Modo Comum) — Valor que mede a tendˆencia do dispositivo para rejeitar os sinais de entrada comuns aos dois cabos de en-trada.
Crosstalk — Fen´omeno em que o sinal gravado sobre um m´usculo foi de fato gerado por um m´usculo vizinho e conduzido aos el´etrodos.
Endom´ısio — ´E uma camada de tecido conjuntivo que encobre uma fibra muscular e ´e composta principalmente de fibras reticulares.
El´etrodo — O objetivo do el´etrodo ´e proporcionar uma transferˆencia de eletr˜oes atrav´es de corrente el´etrica. Como tal, ´e usado na eletroqu´ımica e na eletr´onica. Electromiografia — Registo das mudan¸cas no potencial el´etrico do m´usculo atrav´es
de el´etrodos de superf´ıcie ou intramusculares.
Fasc´ıculos musculares — ´E um conjunto de fibras musculares esquel´eticas co-bertas por epim´ısio.
Fibra muscular — S˜ao as c´elulas que constituem os m´usculos.
Jun¸c˜ao neuromuscular — Sinapse entre o neur´onio motor e a fibra muscular esquel´etica.
Miofibrilas — s˜ao organelos cil´ındricos dispostos em feixes longitudinais que pre-enchem quase totalmente o citoplasma das c´elulas musculares.
Neur´onio motor alfa — Estrutura neural cujo corpo celular esta localizado na coluna vertebral e que atrav´es de seu ax´onio e ramifica¸c˜oes terminais, inerva um grupo de fibras musculares.
Odontologia ou medicina dent´aria — ´E a ´area da sa´ude humana que estuda e trata do sistema estomatogn´atico. Compreende a face, pesco¸co e cavidade bucal, abrangendo ossos, musculatura mastigat´oria, articula¸c˜oes, dentes e te-cidos.
Perim´ısio — membrana fibro-el´astica formada de elastina e col´ageno que tem a fun¸c˜ao de envolver o ventre muscular para proteger e manter as fibras e fasc´ıculos organizados para potencializar a a¸c˜ao muscular.
Potencial de a¸c˜ao da fibra muscular — Nome dado `a forma de onda detetada resultante da onda de despolariza¸c˜ao que propaga em ambas as dire¸c˜oes ao longo de cada fibra muscular.
Potencial de a¸c˜ao da unidade motora — Forma de onda que consiste da soma espa¸co-temporal dos potenciais de a¸c˜ao de fibras musculares individuais loca-lizadas na vizinhasn¸ca de dete¸c˜ao.
Superf´ıcie de dete¸c˜ao — Por¸c˜ao do el´etrodo que est´a em contato direto com o meio que est´a sendo analisado.
Sistema nervoso central (SNC) — Conjunto do enc´efalo e da medula espinal dos vertebrados. ´E no SNC que chegam as informa¸c˜oes relacionadas aos sen-tidos (audi¸c˜ao, vis˜ao, olfato, paladar e tato) e ´e dele que partem ordens desti-nadas aos m´usculos e glˆandulas.
Sinal mioel´etrico — Nomenclatura alternativa para sinal eletromiografico. Unidade motora — Composta por um ´unico neur´onio motor alfa e todas as fibras
musculares que ele inerva. Substˆancias qu´ımicas especializadas s˜ao liberadas pelo neur´onio(motor) em resposta a um impulso nervoso. Em seguida, essas substˆancias qu´ımicas geram eventos no interior da c´elula muscular que resul-tam na sua contra¸c˜ao.
Lista de acr´
onimos
Sigla Expans˜ao
EMG Eletromiografia (Eletromiografia)
DC Direct Current (Corrente cont´ınua)
DTM Disfun¸c˜ao temporomandibular
UM Unidade motora
MUAP Motor unit action potential (Potencial de a¸c˜ao de unidade
mo-tora)
MUAPs Motor unit action potential (Potencial de a¸c˜ao de unidade
mo-tora sobrepostos)
RMS Root mean square (raiz quadr´atica m´edia)
SENIAM Surface electromyography for the non-invasive assessment of muscles
PCB Printed circuit board (Placa de circuito impresso)
SNC Sistema Nervoso Central
sEMG Eletromiografia de Superf´ıcie
ACh Acetilcolina
Na+ S´odio
K+ Pot´assio
FDS M´usculo flexor digitorum superficialis
DRL Driven Right Leg
AgCl Cloreto de prata
DCM Miocardiopatia dilatada
ECG Eletrocardiograma
BTX-A toxina botul´ınica tipo A
Lista de abreviaturas
—————————————————————————————————————
-Abreviatura Significado(s) e.g. por exemplo et al. e outros (autores) etc. etecetera, outros i.e. isto ´e, por conseguinte vid. veja-se, ver
vs. versus, por compara¸c˜ao com
1
Introdu¸c˜
ao
A atividade da eletromiografia pode ser ´util no registo de mudan¸cas na fun¸c˜ao muscular antes e depois de interven¸c˜oes cir´urgicas e mais recentemente a EMG tamb´em encontrou o seu uso na reabilita¸c˜ao de pacientes com amputa¸c˜oes sob a forma de pr´otese rob´otica. A avalia¸c˜ao da fun¸c˜ao muscular atrav´es da eletromiografia ´e ainda uma ´area de estudo em desenvolvimento uma vez que o processo de aquisi¸c˜ao e acondicionamento de um sinal EMG n˜ao ´e simples. Esta disserta¸c˜ao estuda a avalia¸c˜ao da fun¸c˜ao muscular recorrendo `a recolha de sinais EMG.
1.1
Eletromiografia
O uso da eletromiografia ou melhor, a compreens˜ao da a¸c˜ao eletroneurofisiol´ogica dos m´usculos, tem vindo a ser sucessivamente utilizada em diversas ´areas da me-dicina como tamb´em no desporto ou reabilita¸c˜ao, contribuindo para a melhoria da qualidade de vida do ser humano. O movimento do corpo humano ´e poss´ıvel atrav´es dos m´usculos em coordena¸c˜ao com o c´erebro, isto ´e, sempre que os m´usculos do corpo exercem uma determinada atividade, o c´erebro envia sinais de excita¸c˜ao atrav´es do Sistema Nervoso Central (SNC). Os m´usculos s˜ao inervados em grupos
2 CAP´ITULO 1. INTRODUC¸ ˜AO
denominados unidades motoras. Uma unidade motora ´e o ponto de jun¸c˜ao onde o neur´onio motor e as fibras musculares se encontram. Quando a unidade motora ´e ativada, produz o potencial de a¸c˜ao da unidade motora (MUAP). As unidades mo-toras simultaneamente ativas sobrep˜oem-se para produzir o sinal EMG. O n´umero de m´usculos envolvidos num certo movimento depende da atividade em que o corpo est´a envolvido. Em termos t´ecnicos, sempre que ´e necess´ario utilizar mais for¸ca, a excita¸c˜ao do SNC aumenta, mais unidades motoras s˜ao ativadas e a taxa de disparo de todas as unidades motoras aumenta, resultando em sinais de EMG com elevadas amplitudes (Jamal, 2012).
Um dos primeiros registos de sinais EMG experimentais foram realizados por Du Bois-Reymond (Dierig,2000). Estes registos demonstraram a atividade el´etrica do m´usculo durante a contra¸c˜ao volunt´aria, tendo permitido o estudo da organiza¸c˜ao funcional dos movimentos e possibilitado o estudo das manifesta¸c˜oes el´etricas mus-culares nos dom´ınios tanto da amplitude como da frequˆencia. A electromiografia ´e uma t´ecnica de medi¸c˜ao de sinais bioel´etricos que, ao longo dos anos, potenciou diversas aplica¸c˜oes. Clinicamente, a eletromiografia ´e usada como ferramenta de di-agn´ostico para transtornos neurol´ogicos, sendo utilizada para avalia¸c˜ao de pacientes com doen¸cas neuromusculares e dist´urbios do controlo motor como a hiperatividade e hipoatividade muscular, espasmos, desequil´ıbrios musculares, e recentemente, em estudos relacionados com o mastigar, isto ´e, estudo da posi¸c˜ao de repouso mandi-bular, da posi¸c˜ao da oclus˜ao, de condi¸c˜oes fisiol´ogicas do sistema estomatogn´atico, entre outras. A figura1.1 representa o uso da eletromiografia para o funcionamento de uma pr´otese bi´onica, sendo tamb´em umas das utilidades da eletromiografia.
1.2. AQUISIC¸ ˜AO DE DADOS EMG 3
Figura 1.1 – Pr´otese bi´onica do bra¸co (Sims,2015).
1.2
Aquisi¸c˜
ao de dados EMG
O sinal EMG ´e normalmente adquirido por um eletromi´ografo unido a um computa-dor (figura 1.2) ou por um eletromi´ografo port´atil. O sinal EMG captado no corpo humano ´e um sinal anal´ogico que ´e convertido para um sinal digital para poder ser registado no computador (convers˜ao A/D). A aquisi¸c˜ao do sinal EMG depende de v´arios fatores como os el´etrodos, projeto do amplificador, convers˜ao A/D e o arma-zenamento dos dados. Na aquisi¸c˜ao do sinal EMG certas informa¸c˜oes s˜ao retiradas para estudo ou para diagn´ostico, entre as quais, a simples dete¸c˜ao da ocorrˆencia da atividade de um determinado m´usculo, a intensidade do n´ıvel de contra¸c˜ao, ou a periodicidade da atividade, sendo para o efeito analisado todo o sinal capturado durante um determinado per´ıodo ou apenas certos parˆametros caracter´ısticos tais como a amplitude de pico, a dura¸c˜ao do sinal, ou o valor m´edio quadr´atico.
4 CAP´ITULO 1. INTRODUC¸ ˜AO
Figura 1.2 – Recolha de sinal EMG utilizando el´etrodos de agulha (Gupta et al.,2012).
1.3
Motiva¸c˜
ao e objetivos
A motiva¸c˜ao desta disserta¸c˜ao reside em investigar as quest˜oes relacionadas com a aquisi¸c˜ao do sinal EMG, com os el´etrodos de medida, a sua coloca¸c˜ao, bem como conhecer que tipo de estudos que podem ser conduzidos com a eletromiografia e da´ı desenvolver e melhorar este sistema de diagn´ostico. O objetivo global deste trabalho ´e a utiliza¸c˜ao da eletromiografia como ferramenta de an´alise da atividade muscular com vista a identificar potenciais problemas que visem determinar poss´ıveis solu¸c˜oes e tratamentos. Os problemas metodol´ogicos que dificultam as pesquisas relacionadas com a eletromiografia est˜ao relacionados com a falta de normaliza¸c˜ao entre os estudos, nomeadamente no que diz respeito aos el´etrodos e a sua coloca¸c˜ao sobre o m´usculo, protocolos de medida e m´etodos de processamento do sinal, j´a que muitos destes procedimentos s˜ao influenciados pelas propriedades fisiol´ogicas e anat´omicas dos m´usculos. Do ponto de vista pr´atico, ser´a concebido, desenvolvido e implementado um prot´otipo de um sistema de monitoriza¸c˜ao com posterior an´alise e tratamento dos dados recolhidos que constituir´a o sinal eletromiogr´afico. S˜ao realizados dois testes experimentais com el´etrodos de superf´ıcie, um deles tem como objetivo comprovar o funcionamento do pr´ototipo e outro ´e realizado no m´usculo do mass´eter de um coelho, m´usculo respons´avel pela eleva¸c˜ao (oclus˜ao) da mand´ıbula.
1.4. ORGANIZAC¸ ˜AO DA DISSERTAC¸ ˜AO 5
1.4
Organiza¸c˜
ao da disserta¸c˜
ao
Esta disserta¸c˜ao encontra-se organizada em cinco cap´ıtulos. No Cap´ıtulo 1 fez-se uma introdu¸c˜ao de enquadramento e aprefez-sentou-fez-se a motiva¸c˜ao e objetivo do trabalho.
O Cap´ıtulo 2 inicia com uma introdu¸c˜ao `a eletromiografia e a sua hist´oria. Segui-damente ´e feita uma breve introdu¸c˜ao ao sistema neuromuscular, uma introdu¸c˜ao da fisiologia do m´usculo mass´eter, os tipos de el´etrodos, fatores que influenciam o EMG e os m´etodos utilizados para a an´alise deste sinal.
No cap´ıtulo 3 encontra-se uma revis˜ao bibliogr´afica de diferentes m´etodos de aquisi¸c˜ao de sinal EMG.
Os circuitos el´etricos dos subsistemas s˜ao apresentados no Cap´ıtulo 4, onde se encon-tra uma descri¸c˜ao do circuito externo do prot´otipo desenvolvido e o procedimento do primeiro teste com el´etrodos de superf´ıcie.
O cap´ıtulo 5 apresenta o procedimento experimental onde ´e integrado o prot´otipo na musculatura da mastiga¸c˜ao de um coelho com os devidos resultados.
Para finalizar, no Cap´ıtulo 6, faz-se uma discuss˜ao dos resultados simulados e apresentam-se algumas perspetivas de trabalho futuro.
2
Atividade muscular e a
eletromiografia
2.1
Introdu¸c˜
ao ao EMG
Eletromiografia ´e um m´etodo de diagn´ostico onde ´e registado o sinal produzido durante a contra¸c˜ao dos m´usculos. Este m´etodo ´e capaz de detetar o potencial el´etrico gerado pelas c´elulas musculares quando essas est˜ao mecanicamente ativas ou em repouso. Dependendo do m´usculo observado, os potenciais medidos variam entre menos de 50 µV e 20 a 30 mV (Kumar, 2010). Estes sinais de EMG s˜ao integrados por: um controlo central do sistema nervoso; pela transmiss˜ao do sinal (atrav´es de fibras nervosas e de jun¸c˜oes neuromusculares); pela ativa¸c˜ao el´etrica das fibras musculares organizadas pelas unidades motoras (UM); e atrav´es de uma cadeia biomecˆanica complexa capaz de produzir for¸cas que v˜ao atuar ao n´ıvel dos tend˜oes, permitindo assim a movimenta¸c˜ao do corpo (figura 2.1).
8 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
Figura 2.1 – Funcionamento de uma fibra muscular (Kumar,2010).
Os sinais EMG s˜ao essencialmente constitu´ıdos por potenciais de a¸c˜ao de unidades motoras sobrepostas (MUAPs). Este mecanismo tamb´em incorpora um conjunto de circuitos de realimenta¸c˜ao que transmite informa¸c˜ao da medula espinal at´e ao c´erebro e vice-versa, levando informa¸c˜ao acerca dos m´usculos e for¸cas que exercem nos tend˜oes (Lopes, 2016). O campo da eletromiografia ´e um dos estudos da Enge-nharia e ´e usada para avaliar e registar a atividade el´etrica produzida pelos m´usculos de um corpo humano. O sinal el´etrico produzido durante a ativa¸c˜ao muscular, conhe-cido como sinal EMG, ´e produzido a partir de pequenas correntes el´etricas geradas pela troca de i˜oes nas membranas musculares e detetadas com a ajuda de el´etrodos. Existem dois tipos de EMG: superf´ıcie e intramuscular. Para realizar um teste de EMG intramuscular, um el´etrodo de agulha ´e inserido atrav´es da pele no tecido muscular, este ´e um m´etodo quase preciso e com maior localiza¸c˜ao do m´usculo mas ´e um m´etodo invasivo. No EMG de superf´ıcie utiliza-se um el´etrodo de superf´ıcie para adquirir os sinais situado sobre a pele, pelo que o princ´ıpio b´asico usado ´e que a atividade el´etrica dos m´usculos se distende atrav´es da pele. Os sinais EMG de superf´ıcie est˜ao dentro da faixa de +/- 500 µV, com frequˆencias a variar entre 6 Hz e 600 Hz, onde a gama de frequˆencia dominante ´e de 20 Hz a 150 Hz (Norizan et al.,
2015).
O sinal EMG ´e altamente influenciado pelo ru´ıdo. As caracter´ısticas do ru´ıdo el´etrico podem ser causadas por v´arias fontes. O ru´ıdo ambiente pode ser causado por fontes de radia¸c˜ao eletromagn´etica, dispositivos de transmiss˜ao de r´adio, luzes fluorescentes e interferˆencia dos fios el´etricos ou gerado a partir do movimento. Segundo (Jamal,
2.1. INTRODUC¸ ˜AO AO EMG 9
2012) esse ru´ıdo particular existe na faixa de frequˆencia de 50 Hz. As duas prin-cipais fontes de ru´ıdo principalmente em el´etrodos de superf´ıcie s˜ao a instabilidade da interface da pele do el´etrodo e o movimento do cabo do el´etrodo. O ru´ıdo ´e um dos grandes problemas na recolha de sinais de EMG mas pode ser eliminado pela conce¸c˜ao adequada de circuitos de filtragem. A fidelidade m´axima do sinal ´e determinada pela rela¸c˜ao sinal / ru´ıdo do sinal EMG adquirido (Jamal,2012). Para a remo¸c˜ao de ru´ıdos, o sinal EMG necessita ser acondicionado e filtrado ou atrav´es de t´ecnicas de filtragen digital, recorrendo a c´odigo pr´oprio ou atrav´es da t´ecnica de instrumenta¸c˜ao. Nesta disserta¸c˜ao, a t´ecnica de instrumenta¸c˜ao ´e seleci-onada e o processo inclui processos de amplifica¸c˜ao, filtragem e retifica¸c˜ao. A sa´ıda desse processo ´e o sinal de EMG, assim como a sua envolvente, e pode ser usado para an´alises futuras.
Com a melhoria da qualidade e disponibilidade destes sensores, come¸caram a au-mentar as aplica¸c˜oes que fazem uso da eletromiografia, n˜ao s´o para a dete¸c˜ao do sinal como tamb´em para o seu uso, isto ´e, come¸caram a desenvolver pr´oteses contro-ladas por sinais EMG. Atualmente, a EMG ´e utilizada para diagn´ostico de doen¸cas neuromusculares e traumatismos, bem como para o estudo do movimento muscular. Com a progress˜ao do estudo da EMG foi poss´ıvel a utiliza¸c˜ao do sinal EMG em novas aplica¸c˜oes como por exemplo (De Luca,2002):
- Determina¸c˜ao do tempo de ativa¸c˜ao dos m´usculos, isto ´e, quando a excita¸c˜ao do m´usculo come¸ca e acaba;
- Estimativa da for¸ca produzida pelo m´usculo;
- Obten¸c˜ao de ´ındice de fadiga atrav´es de an´alise espectral do sinal EMG; - Melhorar o desenvolvimento de pr´oteses.
Para fazer um estudo da origem dos sinais EMG ´e preciso discutir a fisiologia do mo-vimento muscular, discutir qual o el´etrodo adequado para o estudo (este respons´avel
10 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
pela interface entre sinal muscular e uma tens˜ao el´etrica externa) e, posteriormente realiza-se o processamento desse sinal. Os estudos do sinal EMG realizados prova-ram ser produtivos para investiga¸c˜oes fisiol´ogicas e cl´ınicas. Os sensores de EMG intramusculares causam desconforto e s˜ao arriscados, sendo necess´ario um profissio-nal para a realiza¸c˜ao dos testes. Por isso, ´e prefer´ıvel obter o siprofissio-nal EMG detetado a partir de um sensor de superf´ıcie. No entanto, para aqueles m´usculos que n˜ao est˜ao em contato com a pele, o sensor de agulha continua a ser a ´unica op¸c˜ao vi´avel.
2.2
Hist´
oria da eletromiografia
O desenvolvimento da tecnologia eletr´onica permitiu um grande avan¸co dos estudos cient´ıficos sendo um desses campos a eletromiografia. Em 280 A.C Erasistratis j´a possu´ıa conhecimento de que o m´usculo ´e um ´org˜ao de contra¸c˜ao. Tamb´em Leonardo Da Vinci teve uma importante contribui¸c˜ao no estudo dos m´usculos e da sua funcionalidade (Moura,2013). Desde o in´ıcio do s´eculo XIX que v´arios cientistas come¸caram a dar os primeiros passos no campo da bioelectricidade. Por volta do s´eculo XVII, Francesco Redi realizou os primeiros testes em animais onde descobriu uma fonte de energia de um determinado peixe, com origem muscular. Em 1786, durante a disseca¸c˜ao de uma r˜a, um anatomista e cirurgi˜ao da Universidade de Bolonha, Luigi Galvani, descobriu acidentalmente o que viria a ser conhecido como ”eletricidade muscular”, fen´omeno da contra¸c˜ao muscular na presen¸ca de correntes el´etricas. Galvani realizou assim testes que relacionavam o movimento muscular e eletricidade (Moura,2013).
Carlo Mateucci, neurofisiologista e f´ısico italiano, em 1830, deu in´ıcio aos experimen-tos que envolviam a eletricidade animal questionada por Galvani. A partir de ent˜ao, com o aux´ılio de um galvan´ometro de Nobeli, Carlo observou que tecidos muscu-lares quando excitados, geravam uma corrente el´etrica. Foi Carlo Matteucci quem tamb´em inventou o quim´ografo (aparelho mecˆanico usado para gravar altera¸c˜oes musculares devidas a contra¸c˜oes), dando-lhe assim o t´ıtulo de pioneiro no estudo da bioelectricidade (Piccolino and Wade,2012).
2.2. HIST ´ORIA DA ELETROMIOGRAFIA 11
Posteriormente, j´a no ano de 1849, a pesquisa de Mateucci inspirou Du Bois-Reymon, (1918 − 1896), fisiologista alem˜ao considerado como o pai da electrofisiologia expe-rimental. Este cientista realizou as primeiras dete¸c˜oes de sinal el´etrico em m´usculos humanos durante contra¸c˜oes volunt´arias. A sua experiˆencia consistiu em colocar panos nas m˜aos e bra¸cos e de seguida submergi-los, separadamente, numa solu¸c˜ao salina e em contacto el´etrico com el´etrodos. Os el´etrodos eram ent˜ao conectados a um galvan´ometro. Foram feitas m´ultiplas contra¸c˜oes volunt´arias com o bra¸co, e assim foram detetadas leituras, no aparelho. Du Bois-Reymond deduziu que a mag-nitude das leituras eram fracas devido `a impedˆancia da pele, pelo que, num novo teste removeu uma por¸c˜ao de pele e aplicou de novo os el´etrodos observando um aumento de amplitude durante a flex˜ao do pulso. Entre os anos de 1831 e 1875, o neurofisiologista Guillaume Benjamin Amand Duchenne analisou os efeitos dos est´ımulos el´etricos em m´usculos e nervos com alguma anomalia devido a altera¸c˜oes nervosas (como a paralisia) (Moura, 2013).
No in´ıcio do s´eculo XX alguns cientistas conseguiram demonstrar e inventar ins-trumentos que ajudaram a desenvolver as leituras dos sinais de eletromiografia. Um cientista alem˜ao, inventou el´etrodos met´alicos superficiais que revolucionaram a capta¸c˜ao dos sinais de EMG. J´a depois, comprovou-se que a magnitude do sinal relacionado com a contra¸c˜ao de um m´usculo estava relacionado com as suas fibras musculares. Em 1918 j´a se discutia o melhor tratamento e quais t´ecnicas que de-veriam ser conduzidas antes de obter e analisar os dados relativos aos fen´omenos eletrofisiol´ogicos. Baines foi o primeiro a modelar partes do sistema nervoso atrav´es de circuitos el´etricos, com o intuito de explicar seu comportamento. Para tal, Baines comparou a propaga¸c˜ao de impulsos num conjunto de nervos a um cabo el´etrico, sendo este estudo denominado ”teoria do cabo”. Gasser, Newcomer e Erlanger em 1921 desenvolveram um amplificador a v´alvulas que serviu para amplificar os sinais de EMG, podendo estes serem exibidos. Esta descoberta deu o pr´emio Nobel em fisiologia em 1944 a Dr. Joseph Erlanger (Lopes, 2016).
O primeiro experimento bem sucedido de dete¸c˜ao de sinal EMG de um m´usculo foi realizado por Proebster, em 1928, que obteve tra¸cos de um m´usculo com paralisia
12 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
perif´erica. Em 1945, Reinhold Reiter registou a primeira patente de utiliza¸c˜ao de pr´oteses controladas por sinais de EMG. Tal feito foi observado, aproximadamente quinze anos depois, quando o experimento realizado por Kobrinsk numa pr´otese da m˜ao que foi controlado por sinais de EMG do antebra¸co do paciente. Nos anos 50 uma empresa dinamarquesa, DISA A/S, introduziu no mercado o primeiro sistema anal´ogico de EMG, ilustrado na figura2.2 com trˆes canais capaz de gravar e mostrar sinais a partir de cada canal. Cada um deles tinha um conjunto de amplificadores e filtros para processar o sinal de EMG adquirido, sendo este enviado para um tubo de raios cat´odicos, usado como sistema de visualiza¸c˜ao. Com o nascimento da eletr´onica digital foi poss´ıvel desenvolver novas funcionalidades para o EMG. Nos anos 60 foi produzido um sistema EMG, por Hardyck e sua equipa, em 1966, foram os primeiros m´edicos a utilizar os sinais EMG (Moura,2013).
Figura 2.2 – Sistema de EMG DISA 122A67, retirado de Lopes (2016).
Foi no ano de 1975 que apareceu o primeiro sistema EMG totalmente digital, DISA 1500 EMG. Nestes novos sistemas, os sinais anal´ogicos eram digitalizados e impres-sos com todas as informa¸c˜oes numa impressora de matriz, em tempo real. A d´ecada de 80 foi marcada pela utiliza¸c˜ao de el´etrodos para analisar outros tipos de m´usculos. Com o desenvolvimento de outros circuitos eletr´onicos, foi poss´ıvel expandir os siste-mas de eletromiografia. Tal fato permitiu a efetiva produ¸c˜ao comercial de el´etrodos, dispositivos e amplificadores com custos mais baixos. A partir de 1990, com o avan¸co da inform´atica, houve a possibilidade de transmitir o sinal EMG para equipamentos
2.3. A EMG NOS M ´USCULOS DA MASTIGAC¸ ˜AO 13
computacionais, que propocionavam uma maior capacidade de armazenamento de dados e informa¸c˜oes, processamento real dos sinais captados e ilustra¸c˜ao visual dos resultados obtidos. Com a entrada no s´eculo XXI e com o desenvolvimento das tecnologias foi tamb´em necess´ario um cont´ınuo melhoramento dos sistemas de EMG e come¸caram a ser introduzidas tecnologias wireless como o Bluetooth e o Wi-Fi, o que forneceu um aumento de mobilidade e distanciamento do PC nos dispositi-vos baseados em computador. Atualmente, a evolu¸c˜ao da tecnologia possibilitou o aperfei¸coamento na an´alise espectral e em outros procedimentos de processamento dos sinais eletromiogr´aficos. Conclui-se ent˜ao que atualmente a eletromiografia pos-sui in´umeras aplica¸c˜oes, desde a ´area da sa´ude at´e `a pr´atica desportiva tanto com m´etodos invasivos ou de superf´ıcie Lopes (2016).
2.3
A EMG nos m´
usculos da mastiga¸c˜
ao
A EMG tem sido usada na odontologia para avaliar a condi¸c˜ao dos m´usculos da mas-tiga¸c˜ao e determinar se h´a ou n˜ao presen¸ca de espasmos musculares, na sec¸c˜ao 2.4.4
´e descrito mais detalhadamente a anatomia destes m´usculos . Alguns dos principais estudos em m´usculos da mastiga¸c˜ao foram (tabela 2.1) (Rangel Ara´ujo Sampaio,
2003):
- Lous em 1970 estudou a atividade muscular em repouso do m´usculo mass´eter e do m´usculo temporal anterior e posterior em 39 indiv´ıduos com DTM (Dis-fun¸c˜oes Temporomandibulares) e em 45 indiv´ıduos assintom´aticos. O m´usculo temporal anterior apresentou atividade eletromiogr´afica maior quando compa-rado com o mass´eter.
- J. Chaco em 1973 realizou estudos eletromiogr´aficos do m´usculo mass´eter na posi¸c˜ao de repouso da mand´ıbula em pacientes com DTM e concluiu que nos pacientes portadores da disfun¸c˜ao foram registados muitos potenciais de a¸c˜ao, uma vez que seus m´usculos estavam contra´ıdos. Foram administrados, aos
14 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
pacientes com DTM, 20 mg de ”Diazepina”durante uma semana e o regis-tro eleregis-tromiogr´afico apresentou-se normal, ou seja, sem nenhuma atividade na posi¸c˜ao de repouso. Os pacientes relataram que a dor havia desapare-cido. Com base nesses resultados concluiu-se que a dor pode ser causada pela hipertonicidade do m´usculo mass´eter.
- Em 1975, um estudo do m´usculo mass´eter avaliou a reprodutibilidade dos eletromiogramas, encontrando uma grande varia¸c˜ao atribu´ıda a diversos fa-tores: recoloca¸c˜ao dos el´etrodos; altera¸c˜ao na posi¸c˜ao da cabe¸ca e do corpo dos pacientes; resistˆencia da pele; dire¸c˜ao e velocidade dos movimentos da mand´ıbula e influˆencia do sistema nervoso central. Como resultado, sugere que esses parˆametros sejam padronizados, sempre que poss´ıvel, em estudos experimentais.
- Naeije e Hanson em 1986 verificaram a atividade eletromiogr´afica do mass´eter e temporal anterior em 15 pacientes assintom´aticos e em 54 pacientes com DCM (Miocardiopatia dilatada). Ap´os a an´alise dos parˆametros eletromiogr´aficos, amplitude RMS, os autores n˜ao encontraram diferen¸cas estatisticamente sig-nificativas entre os pacientes do grupo controle e os do grupo com DCM. Foi citado que os valores extremamente elevados na amplitude do sinal eletro-miogr´afico encontrados em alguns pacientes do grupo com DCM refletiam o bruxismo acentuado desses pacientes.
- Gervais Fitzsimmons e Thomas em 1989 avaliaram os m´usculos mass´eter e temporal anterior em indiv´ıduos sintom´aticos, assintom´aticos e subcl´ınicos (com apenas um sinal ou sintoma), durante o repouso mandibular. Os regis-tros eletromiogr´aficos foram realizados por meio de el´etrodos de superf´ıcie. O grupo sintom´atico mostrou atividade eletromiogr´afica significativamente maior quando comparado aos grupos de indiv´ıduos assintom´aticos e subcl´ınicos. - Carr em 1991, com uma amostra de 6 indiv´ıduos saud´aveis, avaliou atividade
eletromiogr´afica postural dos m´usculos elevadores e depressores da mand´ıbula, no per´ıodo de uma semana. Os registros foram obtidos por meio de el´etrodos
2.3. A EMG NOS M ´USCULOS DA MASTIGAC¸ ˜AO 15
de superf´ıcie colocados bilateralmente sobre os m´usculos mass´eter e temporal anterior. Encontraram um decr´escimo da atividade em repouso dos m´usculos estudados.
- Lindauer et al. (1991), avaliaram a confiabilidade e validade da aplica¸c˜ao da eletromiografia na avalia¸c˜ao da fun¸c˜ao muscular da mastiga¸c˜ao. Utilizaram el´etrodos bipolares de superf´ıcie no m´usculo masseter durante a execu¸c˜ao da abertura mandibular e fecho com diversos n´ıveis de for¸ca. Os autores con-clu´ıram que existem muitas varia¸c˜oes na fun¸c˜ao muscular entre indiv´ıduos. - Visser, McCarroll, Oosting e Naeije realizaram estudo com 121 volunt´arios,
com o prop´osito de comparar as m´edias de amplitude, assimetria e atividade el´etrica dos m´usculos mass´eter e temporal anterior de pacientes com disfun¸c˜ao temporomandibular. O grupo de pacientes com DTM obteve menor atividade el´etrica no m´usculo mass´eter, por´em a atividade eletromiogr´afica no m´usculo temporal anterior n˜ao foi diferente entre os dois. O coeficiente de atividade eletromiogr´afica dos m´usculos temporais anteriores em rela¸c˜ao ao dos m´usculos mass´eteres confirmou a presen¸ca de hiperatividade nos m´usculos temporais no grupo com desordem temporomandibular.
- Liu et al. (1999), com o objetivo de associar as altera¸c˜oes cl´ınicas com as ele-tromiogr´aficas, desenvolveram um estudo com 24 pacientes com DTM e outros 20 sem sintomatologia. Os m´usculos temporais apresentaram maior atividade quando comparados com os mass´eteres nos pacientes com DTM. Os resultados indicaram que, os m´usculos elevadores podem estar em hiperatividade e fraca eficiˆencia mastigat´oria; a dor pode n˜ao estar refletida na atividade eletromi-ogr´afica, ainda que os movimentos mandibulares estejam enfraquecidos pelo aumento da tonicidade.
16 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
Tabela 2.1 – Resumo dos estudos eletromiogr´aficos em m´usculos da mastiga¸c˜ao, adaptado de Rangel Ara´ujo Sampaio
(2003).
Autores: Estudo: M´usculo: Resultados EMG: LOUS; SHEIKHO-LESLAM e M ¨OLLER (1970) DTM (39) S/DTM (45) Masseter, temporal Maior atividade em repouso. CHACO (1973) DTM (4) S/DTM (4) Masseter, temporal Menor atividade em repouso. NAEIJE e HANSSON (1986) DTM (54) S/DTM (15) Masseter, temporal N˜ao apresenta-ram diferen¸cas significantes. GERVAIS; FITZSIM-MON e THOMAS (1989) DTM (92) S/DTM (24) Masseter, temporal Maior atividade em repouso.
CARR et al. (1991) S/DTM (6) Masseter, temporal e dig´astrico Diminui¸c˜ao da ati-vidade em repouso. VISSER et al. (1994) DTM (61) S/DTM (60) Masseter, temporal Menor atividade no mass´eter.
LIU et al. (1999) DTM (24) Masseter, temporal
Menor atividade no mass´eter.
*O n´umero da amostra ´e apresentado dentro dos parˆenteses.
Estes testes s˜ao exemplos de estudos dos mu´uculos da mastiga¸c˜ao utilizando a ele-tromiografia, o que nos proporciona um ponto de vista da evolu¸c˜ao deste m´etodo e como interpretar os resultados.
2.4. SISTEMA NEUROMUSCULAR 17
2.4
Sistema neuromuscular
Antes de iniciar o estudo da atividade el´etrica dos m´usculos e seus processos de produ¸c˜ao de for¸ca, deve-se dar uma primeira defini¸c˜ao de m´usculo: um m´usculo ´e um tecido corporal que consiste em c´elulas longas que se contraem quando estimuladas produzindo assim o movimento. Para se conseguir entender como ´e produzido o sinal de EMG ´e preciso compreender os m´usculos e a forma como os sinais bioel´etricos s˜ao gerados. O sistema motor humano apresenta v´arias limita¸c˜oes sendo uma delas a exigˆencia e regula¸c˜ao da produ¸c˜ao de for¸ca para a realiza¸c˜ao de movimentos precisos. Existem trˆes tipos de tecido muscular: m´usculo liso, card´ıaco e esquel´etico, conforme ilustrado na figura 2.3 e tabela 2.2
1 8 C A P ´ IT U L O 2 . A T IV ID A D E MU S C U L A R E A E L E T R O MI O G R A F IA
Tabela 2.2 – Caracter´ısticas dos tecidos musculares.
Tipo de
tecido muscular:
Caracter´ısticas: Localiza¸c˜ao: Forma da c´elula: Fun¸c˜ao:
M´usculo liso M´usculo involunt´ario controlado pelo sistema nervoso ent´erico e aut´onomo, o que significa que n˜ao pode ser contro-lado conscientemente; A sua contra¸c˜ao ´e muito mais lenta e duradoura do que a produzida pelo m´usculo esquel´etico, em parte porque n˜ao consome tanta energia quanto os m´usculos volunt´arios.
Pode ser encon-trado nas paredes de muitos ´org˜aos como o estomago, a bexiga, etc. Fusiformes; N´ucleo ´ unico e central. Movimentos dos alimentos no tubo digestivo, esvaziamento da bexiga, regula¸c˜ao do diˆametro dos vasos sangu´ıneos, etc. M´usculo card´ıaco
M´usculo involunt´ario; Os sinais bi-oel´etricos que produz s˜ao usados na ele-trocardiografia (ECG).
Est´a apenas pre-sente no cora¸c˜ao, embora seja muito semelhante em es-trutura ao m´usculo esquel´etico. C´elulas cil´ındricas e ramificadas; N´ucleo ´ unico e central. Contra¸c˜ao do mioc´ardio e bom-bardeamento do sangue.
M´usculo es-quel´etico
M´usculo volunt´ario, respons´avel pelo movimento e postura do corpo; ´E usado na eletromiografia (EMG); Os m´usculos esquel´eticos s˜ao vistos como fibras escu-ras e leves repetidas ao longo da fibra, aproximando-se e afastando-se durante a contra¸c˜ao muscular e relaxamento.
M´usculos situados sobre os ossos. Muito longas e cil´ındricas; Multi-nucleadas. Move e estabiliza as articula¸c˜oes proporcionando a rela¸c˜ao com o ambiente externo, respons´avel pelo movimento.
2.4. SISTEMA NEUROMUSCULAR 19
2.4.1
Arquitetura do m´
usculo esquel´
etico
O arranjo do m´usculo esquel´etico, bem como a sua atividade revela uma organiza¸c˜ao impressionante a n´ıvel macrosc´opico. As propriedades funcionais do m´usculo es-quel´etico dependem fortemente da sua arquitetura. Estes m´usculos s˜ao ´org˜aos com-pactos, com capacidade para se contra´ırem e encontram-se unidos `as estruturas ´osseas, sendo basicamente constitu´ıdos por dois tipos de tecidos: o conjuntivo e o muscular. O tecido conjuntivo, presente em praticamente todos os ´org˜aos e sistemas do corpo, proporciona o suporte e prote¸c˜ao, enquanto que o tecido muscular ´e for-mado pelo agrupamento paralelo de in´umeras c´elulas ou fibras musculares, elementos muito finos e longos com a capacidade de se contra´ırem.
As fibras musculares s˜ao revestidas por uma por¸c˜ao muito fina de tecido conjuntivo denominada endom´ısio, encontrando-se agrupadas em grupos denominados feixes musculares. Estes feixes, com v´arios mil´ımetros de espessura, encontram-se igual-mente rodeados por uma outra camada de tecido conjuntivo, com a denomina¸c˜ao de perim´ısio que, por sua vez, est˜ao agrupadas num grupo mais carnoso que cons-titui o m´usculo propriamente dito. Tal como as fibras e os feixes musculares, os m´usculos tamb´em s˜ao constitu´ıdos por uma bainha de tecido conjuntivo, o epim´ısio, que se encarrega da sua uni˜ao e os protege dos atritos. A composi¸c˜ao do m´usculo esquel´etico ´e demostrada na figura 2.4.
Relativamente ao seu funcionamento, os elementos mais importantes deste conjunto s˜ao as fibras musculares. A caracter´ıstica mais importante das fibras musculares ´e o facto de serem sulcadas (fissuradas) por centenas ou milhares de finas miofi-brilas, dispostas longitudinalmente ao longo de toda a c´elula, j´a que ´e nelas que ´e desencadeado o fen´omeno de contra¸c˜ao da fibra muscular.
A estrutura das miofibrilas ´e muito complexa, na medida em que atrav´es de ob-serva¸c˜ao por microscopia eletr´onica foi poss´ıvel detetar a presen¸ca de estrias trans-versais de v´arias tonalidades. Dado que estas estrias, que n˜ao se observam no m´usculo liso, s˜ao pr´oprias do m´usculo card´ıaco e dos m´usculos esquel´eticos, estes tecidos s˜ao denominados m´usculos estriados. As estrias transversais formam uma
20 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
sequˆencia ou padr˜ao que se repete ao longo de cada miofibrila. Este padr˜ao, igual-mente denominado sarc´omero, constitui a unidade de funcionamento dos m´usculos -quando uma fibra muscular recebe o apropriado est´ımulo nervoso, todos os sarc´omeros das suas miofibrilas ficam mais pequenos, provocando a contra¸c˜ao destas ´ultimas e de toda a fibra muscular (MEDIP´EDIA, 2012).
Figura 2.4 – Composi¸c˜ao do m´usculo esquel´etico: consiste em feixes de fibras musculares que s˜ao enroladas pelo endom´ısio e formam fasc´ıculos musculares. Os fasc´ıculos musculares s˜ao envolvidos por um tecido conjuntivo chamado perim´ısio (Clancy,2012).
2.4.2
Unidade motora
O sistema formado por apenas um neur´onio motor e por todas as fibras musculares `as quais chegam as suas ramifica¸c˜oes tem a denomina¸c˜ao de unidade motora (UM). Quando o impulso nervoso de um neur´onio motor supera um determinado limite, todas as fibras musculares da unidade motora correspondente contraem-se, num mecanismo semelhante ao mencionado anteriormente, em que os finos filamentos de actina deslocam-se de forma mais profunda atrav´es do interior dos filamentos espessos de miosina, proporcionando o estreitamento dos sarc´omeros, a diminui¸c˜ao das miofibrilas e a contra¸c˜ao de todas as fibras musculares pertencentes `a unidade motora. Este processo est´a ilustrado na figura 2.5.
2.4. SISTEMA NEUROMUSCULAR 21
´
E preciso referir que, como as fibras musculares n˜ao tˆem capacidade para se con-tra´ırem parcialmente, pois apenas podem encontrar-se em situa¸c˜ao de relaxamento ou de contra¸c˜ao absoluta, o grau de contra¸c˜ao de um m´usculo depende da quantidade de unidades motoras e fibras musculares estimuladas. Desta forma, caso o est´ımulo nervoso seja ligeiro, embora apenas se contraiam algumas das fibras musculares, o m´usculo permanecer´a distendido, enquanto que, caso o est´ımulo seja elevado, pro-piciar´a a contra¸c˜ao da maioria das fibras musculares e, consequentemente, de todo o m´usculo.
Figura 2.5 – Esquema do sistema neuromuscular (Lopes, 2016).
Dado que as unidades motoras dos m´usculos respons´aveis por movimentos muito precisos, como os da l´ıngua, globos oculares ou dedos da m˜ao, necessitam de um n´umero reduzido de fibras musculares, a avalia¸c˜ao do est´ımulo consoante as neces-sidades espec´ıficas de cada movimento ´e mais f´acil. Por outro lado, as unidades motoras dos m´usculos mais volumosos, como os do tronco e dos membros em geral, integram um n´umero de tal forma elevado de fibras musculares que conseguem gerar uma for¸ca de contra¸c˜ao maior, perante um est´ımulo nervoso equivalente.
22 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
O corpo humano apesar de ser considerado eletricamente neutro, no estado de re-pouso uma membrana de c´elula nervosa ´e polarizada, devido a diferen¸cas nas con-centra¸c˜oes e `a composi¸c˜ao i´onica atrav´es da membrana plasm´atica. Existe uma dife-ren¸ca de potencial entre os fluidos intracelulares e extracelulares da c´elula, os valores do potencial da membrana variam geralmente entre -40 mV e -80 mV. Em resposta a um est´ımulo do neur´onio, uma fibra muscular despolariza-se `a medida que o sinal se propaga ao longo de sua superf´ıcie e `a tor¸c˜ao de fibras. Os m´usculos esquel´eticos encontram-se inervados por uma abundante rede de nervos que penetra nas mas-sas musculares junto dos vasos sangu´ıneos, ramificando-se ao longo do interior do tecido. Dado que estes nervos s˜ao constitu´ıdos por fibras sensitivas e neur´onios motores, tanto podem transmitir est´ımulos sensitivos, originados nas pr´oprias mas-sas musculares e destinados ao sistema nervoso central, como est´ımulos motores, provenientes do enc´efalo ou da medula espinal, percorrendo o trajeto inverso. Os m´usculos esquel´eticos e os tend˜oes s˜ao constitu´ıdos por v´arios e abundantes tipos de termina¸c˜oes nervosas sensitivas, capazes de captarem e transmitirem a sensibili-dade `a press˜ao e `a dor e tamb´em o grau de estiramento das fibras musculares, algo essencial para que o sistema nervoso central consiga regular o grau de contra¸c˜ao a que cada m´usculo deve ser submetido para manter uma determinada posi¸c˜ao corpo-ral. Por outro lado, cada um dos neur´onios motores pertencentes a estes nervos tem tendˆencia para se ramificar e, consequentemente, entrar em contacto direto com uma determinada quantidade de fibras musculares. O ponto de uni˜ao entre estas rami-fica¸c˜oes das fibras nervosas e a membrana das fibras musculares denomina-se placa motora, sendo igualmente nesta estrutura que se produz a passagem do impulso nervoso at´e `as c´elulas musculares.
A unidade motora ´e considerada a menor subdivis˜ao funcional de um m´usculo sendo designado a unidade funcional de um m´usculo. Consiste no neur´onio motor, seu ax´onio e todas as fibras musculares que s˜ao inervadas por seus ramos. Quando as unidades do motor s˜ao ativadas, as fibras musculares correspondentes contraem-se pois esta unidade est´a diretamente envolvida na movimenta¸c˜ao das cargas el´etricas nos m´usculos. Quando estes est˜ao relaxados, h´a uma maior concentra¸c˜ao de i˜oes carregados positivamente fora do m´usculo do que dentro. Quando o m´usculo ´e
2.4. SISTEMA NEUROMUSCULAR 23
estimulado os i˜oes positivos fluem para dentro das c´elulas e os negativos fazem o trajeto oposto, levando a mudan¸ca de polariza¸c˜ao (Kumar, 2010).
A termina¸c˜ao do ax´onio junto `a fibra muscular define uma ´area conhecida como jun¸c˜ao neuromuscular, normalmente situada na regi˜ao mediana da fibra muscular. Nesse local a acetilcolina ´e lan¸cada pelas ves´ıculas sin´apticas presentes na termina¸c˜ao do ax´onio, em dire¸c˜ao `a fibra com o objetivo de excitar a membrana muscular. O si-nal do neur´onio motor causa uma rea¸c˜ao qu´ımica que altera o potencial de membrana das fibras musculares. Se o potencial de limiar for atingido, ocorre um potencial de a¸c˜ao da unidade motora (MUAP), fazendo com que a ativa¸c˜ao el´etrica se espalhe ao longo de toda a superf´ıcie da fibra muscular a uma taxa de aproximadamente 3-5 ms (Clancy,2012). A EMG ´e uma t´ecnica que ´e usada para detetar e registrar MUAPs apesar das MUAPs individuais n˜ao serem muito vis´ıveis, j´a que muitas unidades motoras tendem a se contrair simultaneamente, apenas o padr˜ao de superposi¸c˜ao (interferˆencia) ´e gravado conforme ilustrado na figura 2.6.
Figura 2.6 – Unidade motora e respetivo sinal mioel´etrico (Lopes, 2014).
Uma jun¸c˜ao neuromuscular ´e a jun¸c˜ao entre a parte terminal de um ax´onio motor com uma sinapse neuromuscular, regi˜ao da membrana plasm´atica de uma fibra mus-cular (o sarcolema) onde se d´a a jun¸c˜ao entre o neur´onio e o m´usculo permitindo a contra¸c˜ao muscular. A transmiss˜ao sin´aptica na jun¸c˜ao neuromuscular inicia-se quando um potencial de a¸c˜ao atinge o terminal pr´e-sin´aptico de um neur´onio motor,
24 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
ativando os canais de c´alcio, permitindo a entrada de i˜oes de c´alcio no interior do neurˆonio. Estes i˜oes ligam-se a prote´ınas sensitivas (sinaptotagminas) em ves´ıculas sin´apticas, armando ves´ıculas de fus˜ao na membrana celular e subsequente libera¸c˜ao de neurotransmissores do neur´onio motor na fenda sin´aptica. O neur´onio motor li-bera assim a acetilcolina (ACh), uma pequena mol´ecula que difunde-se atrav´es da fenda sin´aptica e liga-se a recetores nicot´ınicos de acetilcolina (nAChRs) na mem-brana plasm´atica da fibra muscular. A liga¸c˜ao do ACh ao recetor despolariza a fibra muscular resultando assim a contra¸c˜ao muscular.
2.4.3
Potencial de a¸c˜
ao
O potencial de a¸c˜ao propagado por um neur´onio motor atinge as termina¸c˜oes de todas as fibras musculares. A despolariza¸c˜ao iniciada na membrana p´os-sin´aptica ´e acompanhada por um movimento de i˜oes que gera um campo eletrico nas fibras musculares vizinhas. O potencial detetado nesse campo pelo el´etrodo ´e conhecido como potencial de a¸c˜ao. A distribui¸c˜ao desigual dos i˜oes atrav´es da membrana celular das c´elulas nervosas e musculares forma a base para gerar os potenciais de a¸c˜ao. As c´elulas nervosas e musculares s˜ao excit´aveis, o que significa que estas c´elulas s˜ao capazes de gerar um potencial de a¸c˜ao devido a um est´ımulo adequado. Cada potencial de a¸c˜ao come¸ca por uma altera¸c˜ao repentina do potencial de repouso (normalmente negativo) para um potencial de membrana positivo, terminando por um retorno igualmente r´apido ao potencial negativo (Pepino, 2007).
A amplitude do potencial de a¸c˜ao depende do diˆametro da fibra muscular, da distˆancia entre a fibra muscular ativa e o local de capta¸c˜ao e das propriedades do el´etrodo. Devido ao facto de que a despolariza¸c˜ao das fibras musculares de uma unidade motora se sobrep˜oe no tempo, o sinal resultante, captado pelo el´etrodo, ser´a constitu´ıdo pela superposi¸c˜ao espa¸co temporal das contribui¸c˜oes dos potenci-ais de a¸c˜ao motoras individupotenci-ais. Esse sinal resultante ´e chamado de potencial de a¸c˜ao da unidade motora. `A medida que a for¸ca do m´usculo aumenta, as unidades motoras pr´oximas dos el´etrodos tornam-se ativas, fazendo com que v´arios sinais de
2.4. SISTEMA NEUROMUSCULAR 25
potencial de a¸c˜ao sejam detetados simultaneamente. Esse facto torna dif´ıcil detetar todos os potenciais de a¸c˜ao em particular, devido `a probabilidade crescente de so-breposi¸c˜ao entre potˆencias de a¸c˜ao (Nakashima,2003). Os potenciais de a¸c˜ao podem ser descritos atrav´es de trˆes etapas sucessivas (Pepino, 2007):
- Per´ıodo de repouso: corresponde ao potencial de repouso da membrana antes que comece o potencial de a¸c˜ao. Considera-se que a membrana est´a polarizada durante esta etapa;
- Fase de despolariza¸c˜ao: Neste ponto a membrana fica subitamente perme´avel aos i˜oes de s´odio, permitindo o fluxo de grande quantidade destes i˜oes com carga positiva, para o interior do ax´onio. O estado polarizado desaparece com a mudan¸ca repentina do potencial na dire¸c˜ao positiva, ocorrendo a des-polariza¸c˜ao. Nas fibras nervosas mais espessas, o potencial da membrana ultrapassa (overshoot) o potencial, atingindo valores positivos. Contudo, em algumas fibras mais finas, bem como em muitos neur´onios do sistema nervoso central, o potencial simplesmente chega pr´oximo ao potencial zero, mas n˜ao o ultrapassa, ou seja, n˜ao atinge o potencial positivo;
- Fase de repolariza¸c˜ao: ap´os a membrana ter ficado muito perme´avel aos i˜oes de s´odio, os canais de s´odio come¸cam-se a fechar, enquanto os canais de pot´assio abrem-se mais do que o normal, isto permite a r´apida difus˜ao de i˜oes pot´assio para o exterior da fibra, o que restabelece o potencial normal negativo de re-pouso da membrana, logo acontece a repolariza¸c˜ao da membrana. A condu¸c˜ao dos potenciais de a¸c˜ao ao longo das membranas de nervos e m´usculos ocorre por haver uma diferen¸ca de potencial entre os l´ıquidos extracelulares e intracelular. O potencial de repouso ´e da ordem de -90mV para m´usculos esquel´eticos.
Atrav´es da figura 2.7, observamos de forma sintetizada a sequˆencia de eventos que ocorrem durante e imediatamente ap´os um potencial de a¸c˜ao. A troca de fluxo de Na+ e K+ cria uma r´apida mudan¸ca de tens˜ao ao qual chamamos potencial de a¸c˜ao. A c´elula que despolariza o potencial da membrana torna-se menos negativa e repo-lariza `a medida que retorna ao potencial da membrana em repouso (−70mV ). Um
26 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
potencial de a¸c˜ao desencadeia-se at´e o final do comprimento da membrana. Uma vez desencadeada na jun¸c˜ao neuromuscular, o potencial produz correntes locais pr´oprias que despolarizam a regi˜ao adjacente a ela, causando a propaga¸c˜ao do potencial de a¸c˜ao ao longo do comprimento da fibra muscular (Vila-Ch˜a, 2011).
Figura 2.7 – Representa¸c˜ao da gera¸c˜ao e propaga¸c˜ao de um potencial de a¸c˜ao em uma c´elula excit´avel (Moritani et al.,2004).
O pico localizado na amplitude m´axima da figura representa o pr´oprio potencial de a¸c˜ao. Na parte inferior da figura, est˜ao representadas as varia¸c˜oes da condutˆancia da membrana para os i˜oes de s´odio e pot´assio. Durante o estado de repouso, antes do come¸co do potencial de a¸c˜ao, nota-se que a condutˆancia para os i˜oes de s´odio ´e 50 a 100 vezes maior que para os i˜oes de pot´assio. Isto ´e consequˆencia do esvaziamento muito maior de i˜oes de pot´assio que i˜oes de s´odio pelos canais de esvaziamento.
2.4. SISTEMA NEUROMUSCULAR 27
Por´em, no in´ıcio do potencial de a¸c˜ao, os canais de s´odio s˜ao intensamente ativa-dos e em seguida, o processo de inativa¸c˜ao fecha os canais de s´odio em fra¸c˜ao de milissegundos. J´a para os canais de pot´assio o in´ıcio do potencial de a¸c˜ao provoca uma abertura mais lenta, alguns milissegundos ap´os a abertura dos canais de s´odio. Ao t´ermino do potencial de a¸c˜ao, o retorno do potencial de membrana a seu estado negativo faz com que os canais de pot´assio se voltem a fechar, retornando ao seu estado de repouso (Pepino, 2007). No centro da figura 2.7, ´e mostrada a propor¸c˜ao entre as condutˆancias para o s´odio e para o pot´assio em cada instante durante o potencial de a¸c˜ao. Percebe-se que a propor¸c˜ao entre as condutˆancias para o s´odio e para o pot´assio pode aumentar, no in´ıcio do potencial de a¸c˜ao (Pepino, 2007).
2.4.4
M´
usculos da mastiga¸c˜
ao
A mastiga¸c˜ao ´e uma das fun¸c˜oes mais importantes do sistema estomatogn´atico e, por esta raz˜ao ´e muito trabalhada nas terapias miofuncionais orofaciais. Sabe-se que a mastiga¸c˜ao ´e important´ıssima dentro do processo digestivo, j´a que realiza a degrada¸c˜ao do alimento em part´ıculas menores. O processo de degrada¸c˜ao ocor-rer´a em trˆes etapas da mastiga¸c˜ao: incis˜ao, tritura¸c˜ao e pulveriza¸c˜ao (Mu˜noz et al.,
2004). Para a execu¸c˜ao deste processo, ´e necess´ario que v´arios grupos musculares se contraiam coordenadamente: entre eles os m´usculos mastigat´orios mass´eter, tem-poral, pterig´oideo medial e lateral. Dentre esses, os que mais se destacam s˜ao os m´usculos mass´eter e temporal, uma vez que s˜ao os mais importantes m´usculos de fe-cho da boca na atividade mastigat´oria. Os movimentos efetuados pelos m´usculos da mastiga¸c˜ao n˜ao s˜ao somente derivados de for¸cas mecˆanicas sendo que se encontram submetidos a um mecanismo de controlo efetuado pelo sistema nervoso central. Este sistema ´e respons´avel pela contra¸c˜ao e relaxamento do m´usculo no preciso momento (MEDIP´EDIA, 2012). A mastiga¸c˜ao ´e ent˜ao coordenada por neur´onios que est˜ao localizados no complexo sensomotor trigeminal localizado no tronco encef´alico. Os m´usculos da mastiga¸c˜ao s˜ao constitu´ıdos pelo:
28 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
(2), figura 2.8. A inerva¸c˜ao do mass´eter prov´em do nervo masset´erico, e sua irriga¸c˜ao arterial da art´eria masset´erica. Tem como fun¸c˜ao erguer a mandibula e fechar a boca;
Figura 2.8 – M´usculo Mass´eter (Foug,b).
- Temporal: M´usculo grande, em forma aparente de leque, que tem sua origem na fossa temporal, na superf´ıcie lateral da cabe¸ca, figura 2.9. O m´usculo ´e formado por trˆes feixes de fibras com diferentes dire¸c˜oes: as do feixe anterior (1) s˜ao praticamente verticais, as do feixe m´edio (2) s˜ao obl´ıquas e as poste-riores (3), quase horizontais. Devido `a varia¸c˜ao na angula¸c˜ao de suas fibras musculares o temporal ´e capaz de coordenar os movimentos de fecho da boca. Desta forma, possui um papel relevante como posicionador da mand´ıbula. - M´usculo Pterig´oideo Medial: Eleva¸c˜ao da mand´ıbula: a¸c˜ao de fechar a boca.
O m´usculo pterig´oideo medial tamb´em ´e um m´usculo retangular, com fibras curtas e tran¸cadas, figura 2.10. Na sua origem o pterig´oideo medial relaciona-se lateralmente com o m´usculo pterig´oideo lateral. A inerva¸c˜ao deste m´usculo ´e dada pelo nervo pterig´oideo medial (trigˆemeo), e a vasculariza¸c˜ao pelos ramos pterig´oideos da art´eria maxilar.
2.4. SISTEMA NEUROMUSCULAR 29
Figura 2.9 – M´usculo temporal (Foug, d).
Figura 2.10 – M´usculo pterig´oideo medial (Foug,c).
O m´usculo pterig´oideo lateral apresenta duas cabe¸cas, a superior (1) e a infe-rior (2), figura2.11. Ambas as cabe¸cas se inserem por meio de fibras tendinosas na f´ovea pterig´oidea do colo da mand´ıbula. Uma pequena parte das fibras da cabe¸ca superior (1) insere-se tamb´em na por¸c˜ao anterior da c´apsula articular e da´ı no disco articular da ATM. A inerva¸c˜ao deste m´usculo ´e dada pelo nervo pterig´oideo lateral (trigˆemeo), e a vasculariza¸c˜ao pelos ramos pterig´oideos da art´eria maxilar.
30 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
Figura 2.11 – M´usculo pterig´oideo lateral (Foug,a).
A eletromiografia tem oferecido atrav´es do registro da atividade muscular, dados quantitativos para o diagn´ostico e acompanhamento terapˆeutico, seja nas reava-lia¸c˜oes peri´odicas, atrav´es das quais se pode mostrar a evolu¸c˜ao do tratamento e dos exames de diagn´ostico. Sendo assim, os dados relativos ao tempo mastigat´orio, a contra¸c˜ao sim´etrica ou assim´etrica, e ainda a for¸ca empregada pelos m´usculos mas-tigat´orios, podem ser analisados e quantificados atrav´es deste exame (Mu˜noz et al.,
2004).
2.5
Fatores que afetam os sinais EMG
Os fatores que afetam os sinais EMG tanto podem ser causativos, intermedi´arios e determin´ısticos (Reaz et al.,2006), figura 2.12 . Os fatores causativos s˜ao divididos em fatores intr´ınsecos ou extr´ınsecos.
2.5. FATORES QUE AFETAM OS SINAIS EMG 31
Figura 2.12 – Fatores que afetam o sinal EMG (Kumar,2010).
Alguns dos fatores causativos extr´ınsecos s˜ao:
- Configura¸c˜ao do el´etrodo (´area e forma do el´etrodo que determina o n´umero de UM ativas detetadas atrav´es do n´umero de fibras musculares existentes na vizinhan¸ca e a distˆancia entre os el´etrodos, que determina a largura de banda do diferencial da configura¸c˜ao do el´etrodo);
- Localiza¸c˜ao do el´etrodo (influencia a amplitude e frequˆencia do sinal dete-tado e tamb´em determina a quantidade de crosstalk que vai ser detedete-tado pelo el´etrodo);
- Orienta¸c˜ao das fibras musculares na dete¸c˜ao (afeta o valor de velocidade de condu¸c˜ao do potencial de a¸c˜ao e como consequˆencia a amplitude e frequˆencia do sinal).
Os fatores intr´ınsecos resultam das a¸c˜oes que ocorrem dentro do corpo como:
- N´umero de UM ativas num determinado tempo, durante uma contra¸c˜ao (con-tribui para a amplitude detetada no sinal);
32 CAP´ITULO 2. ATIVIDADE MUSCULAR E A ELETROMIOGRAFIA
- Composi¸c˜ao do tipo de fibra muscular (determina as altera¸c˜oes de pH no flu´ıdo intersticial dos m´usculos, durante uma contra¸c˜ao);
- Fluxo sangu´ıneo no m´usculo (determina a taxa metab´olica durante a con-tra¸c˜ao);
- Diˆametro da fibra muscular (influencia a amplitude e a velocidade de condu¸c˜ao do potencial de a¸c˜ao).
- Localiza¸c˜ao das fibras musculares ativas (afeta a determina¸c˜ao da filtragem espacial e, por consequˆencia, influencia a amplitude e frequˆencia do sinal); - Quantidade de tecidos existentes entre a superf´ıcie do m´usculo e o el´etrodo
(afeta a filtragem espacial);
- Tamanho da zona de despolariza¸c˜ao e fluxos i´onicos atrav´es da membrana.
Os fatores intermedi´arios representam fen´omenos f´ısicos e fisiol´ogicos que s˜ao influ-enciados por fatores causativos e por sua vez influenciam fatores determin´ısticos. Nesta categoria s˜ao encontrados fatores como:
- Configura¸c˜oes da filtragem de banda do el´etrodo;
- Volume detetado pelo el´etrodo (determina o n´umero e peso do potencial de a¸c˜ao da UM);
- Sobreposi¸c˜ao dos potenciais de a¸c˜ao detetados pelo EMG (influencia a ampli-tude e frequˆencia do sinal);
- Crosstalk produzida por m´usculos vizinhos (contamina o sinal com artefactos que podem levar a uma m´a interpreta¸c˜ao do sinal);
- Velocidade de condu¸c˜ao do potencial de a¸c˜ao (influencia a amplitude e a frequˆencia do sinal);
- Efeito de filtragem espacial causado pela localiza¸c˜ao do el´etrodo e as fibras muscular ativas.
