eletromiograma superficial na avaliação da função muscular de
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eletromiograma superficial na avaliação da função muscular de
Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba ELETROMIOGRAMA SUPERFICIAL NA AVALIAÇÃO DA FUNÇÃO MUSCULAR DE PACIENTES HEMIPARÉTICOS SOB TRATAMENTO FISIOTERAPÊUTICO L. C. Carvalho, L. F. Marinho , J. J. A. Ferreira, D. T. Guedes Mestrado em Engenharia Biomédica, NETEB, Centro de Ciências da Saúde e Departamento de Fisioterapia Universidade Federal da Paraíba, Campus I da UFPB, J. Pessoa - PB, Brasil, CEP 58051-970 [email protected] RESUMO O presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia não invasiva para avaliar a função dos músculos solear e tibial anterior, utilizando o Eletromiograma (EMG) superficial e o reflexo de Hoffmann (reflexo H) e a resposta motora máxima (resposta M) do músculo solear, em pacientes que tiveram um Acidente Vascular Cerebral (AVC), durante um programa de reabilitação e tratamento fisioterapêutico. O tratamento foi aplicado em pacientes que tiveram hemiparesia esquerda, devido ao AVC, após um ano de ícto estando, portanto, na fase espástica. Descreve o protocolo experimental utilizado em um projeto específico que usou os sinais acima referidos para avaliar a recuperação da função muscular decorrente do tratamento, mostrando e discutindo os resultados obtidos com o processamento do EMG superficial e dos demais sinais. Os resultados obtidos permitiram concluir que o EMG superficial processado pode ser um valioso elemento para julgar a eficiência do tratamento fisioterapêutico e a recuperação dos músculos. Palavras chaves: eletromiograma superficial, reflexo de Hoffmann, resposta motora direta fundamentados nas características clínicas de cada indivíduo. EMG é um sinal bioelétrico que resulta dos potenciais de ação das fibras musculares, que ocorrem antes da sua contração. Pode ser captado com eletrodos superficiais colocados na pele ou com eletrodos de agulha introduzidos no músculo. O EMG superficial tem sido, recentemente, muito valorizado como um sinal que permite avaliar a função muscular, possibilitando uma avaliação da melhora da função do músculo, decorrente de tratamento fisioterapêutico. Lankhorst [5], que captou o EMG em dez pacientes hemiparéticos na fase espástica, dos quais cinco estavam no início da hiperatividade tônica, revela que existe uma diferença na atividade eletromiográfica decorrente da contração voluntária do membro sadio em relação ao membro afetado, assim como existem graus diferentes de espasticidade e, conseqüentemente, de movimentos voluntários. O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia não invasiva, adequada para a avaliação da função muscular voluntária dos músculos solear e tibial anterior, utilizando o EMG superficial obtido durante contrações voluntárias máximas, bem como através do reflexo H e resposta M máxima, obtidos mediante eletroestimulação do nervo tibial na fossa poplítea, para avaliação adicional do músculo solear. 1. INTRODUÇÃO 2. METODOLOGIA Após um AVC, o paciente apresenta uma paralisia flácida (fase1) que compromete o hemicorpo contralateral ao lado lesado, refletindo uma ausência dos movimentos ativos, bem como uma arreflexia e hipotonia. A fase seguinte, que se apresenta aproximadamente um mês depois da lesão, é denominada de “Síndrome de Liberação Piramidal”, caracterizando-se por uma hiperexcitabilidade reflexa, associada a um aumento no tônus, gerando espasticidade e clônus que se estabilizam um ano depois do ícto [6], [7], [8], [14], [15]. Estas características indicam que a medula espinhal reassume a sua atividade reflexa [2], através da ativação do sistema vestibuloespinhal, liberada pela ausência da ação das vias corticoespinhal, rubroespinhal e reticuloespinhal lateral. De acordo com Sehgal e col. [13], a espasticidade é um marco na lesão do motoneurônio superior, fácil de ser identificada, porém difícil de se quantificar. As alterações neurológicas citadas anteriormente devem ser quantificadas, a fim de que o tratamento clínico, em conjunto com o programa de reabilitação, possam ser bem O protocolo experimental utilizado estudou o EMG superficial do músculo solear e tibial anterior de 14 pacientes que sofreram AVC e tiveram, como conseqüência, hemiparesia esquerda por um período mínimo de um ano e máximo de um ano e três meses após o ícto. Cada exame iniciava com a captação do reflexo H e da resposta M máxima. Hardware, software e metodologia utilizados para captar estes sinais estão detalhadamente descritos em [3], [4], [12]. Uma breve descrição do hardware e software utilizados nos experimentos é feita abaixo. O hardware utilizado para captar os sinais envolve um amplificador para EMG superficial, construído usando uma configuração baseada em amplificador de instrumentação (AD620, Analog Devices), apresentando alta razão de rejeição de modo comum (>90dB), alta impedância de entrada (10MΩ), baixo ruído (<5 µV RMS), faixa de passagem: 10 a 490 Hz, com ganho que 950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00122 pode ser selecionado para valores de 350, 750, 1500 e 3000. Este amplificador foi utilizado tanto para captar o EMG superficial como o reflexo H e a resposta M. Para a captação do reflexo H e da resposta M foi também utilizado um estimulador biológico que gera pulsos retangulares de amplitude ajustável (até 180 volts), utilizando-se pulsos com uma duração de 1 ms [12]. O software utilizado para a captação e processamento do EMG superficial foi o aplicativo BioMed [4], que faz aquisição, armazenamento e processamento on-line e off-line de sinais e é executado sob o sistema operacional Windows 95 ou 98. Este programa faz a aquisição através da programação de uma placa conversora A/D, que tem uma resolução de 12 bits e 16 canais. A freqüência de amostragem empregada para digitalizar o EMG superficial foi 1000 Hz, e para digitalizar o reflexo H e a resposta M foi 4000 Hz. Um microcomputador compatível IBM PC, AMD 586 de 133 MHz, memória de 32 Mbytes, disco rígido de 1,2 Gbytes, monitor colorido (SVGA, resolução 800x600), foi utilizado para fazer aquisição, armazenamento e processamento dos dados [3]. Depois da captação do reflexo H e da resposta M, os pacientes eram submetidos à captação do EMG superficial com eletrodos descartáveis (Medtrace). Eletrodos de captação para o solear foram localizados, o 1º, a 4 cm do contorno inferior do músculo gastrocnêmio, e o 2º, 3 cm abaixo do 1º. Para o tibial anterior, os eletrodos foram colocados sobre o ventre muscular, com 2 cm de distância entre eletrodos [14]. Utilizou-se uma configuração bipolar para captar o sinal. O eletrodo de terra para o amplificador diferencial foi fixado na região anterior do terço médio da perna. O eletrodo de estimulação do nervo tibial posterior foi colocado na fossa poplítea (catodo) e o anodo sobre a patela [3], [12], [14]. Para captar os sinais, o paciente era acomodado em uma cadeira odontológica adaptada para o teste, semireclinado, com os braços e a cabeça devidamente apoiados, joelhos flexionados e tornozelos a um ângulo de 90º. Para a manutenção da postura adotada no experimento utilizou-se um cinto limitante da dorsiflexão. A resistência ao movimento de flexão plantar foi aplicada manualmente, sempre pelo mesmo examinador. Na captação do reflexo H e resposta motora M máxima, o posicionamento foi idêntico ao anterior, exceto para o ângulo de quadril e joelho, que situou-se em 120º [3], [12]. O indivíduo era treinado com este procedimento, inicialmente no membro sadio, visando o aprendizado das manobras. Para obter a máxima contração voluntária o examinador solicitava o máximo empenho dos pacientes, mediante comandos verbais. Depois do treinamento, procedia-se o registro do EMG superficial, primeiro no membro sadio e, em seguida, no membro lesado. O registro do EMG superficial foi feito gravando-se 30 s do sinal com o músculo em repouso, seguidos da contração isométrica máxima durante 6 s, repetindo-se os registros por três vezes consecutivas. A avaliação eletromiográfica foi feita em três ocasiões: na admissão e três e seis meses depois da avaliação inicial, totalizando seis meses de tratamento, com três atendimentos semanais. O tratamento fisioterapêutico iniciou-se imediatamente após a avaliação clínica e eletromiográfica. O programa fisioterapêutico foi aplicado através da Cinesioterapia, tendo como recurso a Facilitação Neuromuscular Proprioceptiva pelo método de Kabat; e a Crioterapia, visando tanto um relaxamento da musculatura espástica, quanto uma estimulação dos músculos antagonistas aos espásticos [1], [9], [11]. Existem inúmeras técnicas descritas na literatura para processar o EMG bruto, visto que este tem pouco valor para fazer uma correlação direta com o grau de atividade muscular (força muscular), tornando-se necessário processá-lo adequadamente para extrair a informação desejada. Entre as técnicas mais utilizadas, após a retificação do sinal, citam-se: integração (com ou sem reset), cálculo da envoltória RMS, aplicação de filtro passa-baixa (envelope do sinal), média do sinal retificado e outras. Em trabalho recente, comparamos três técnicas de estimação da amplitude do EMG visando correlacioná-lo com a atividade muscular, para avaliar a melhora da função muscular de pacientes com atrofia muscular pósimobilização, em função do tratamento fisioterapêutico. As técnicas comparadas, aplicadas ao EMG retificado, foram: a) filtro passa-baixa (referida neste texto como EPB: envoltória passa-baixa ), b) integração com reset, c) cálculo da envoltória utilizando a função std (standard deviation). As três técnicas produziram resultados idênticos [3]. Por esta razão, passamos a utilizar o processamento do EMG retificado através do cálculo da envoltória obtida com filtro passa baixa, já que esta é de fácil implementação no aplicativo utilizado (BioMed). O EMG superficial captado nas contrações voluntárias máximas foram retificados e ao sinal retificado aplicou-se um filtro digital passa baixa de segunda ordem, Chebychev tipo I, ripple de 0% na banda de passagem, com freqüência de corte de 4,5 Hz. A figura 1 mostra as etapas do processamento do EMG superficial acima descritas. A figura 1a é um exemplo típico do EMG bruto, obtido com a contração de cerca de 6 s, solicitada ao indivíduo, tanto para a dorsiflexão quanto para a flexão plantar forçadas. A figura 1b mostra o EMG retificado, ou seja, o valor absoluto do EMG original. A figura 1c, o envelope obtido com filtro passa baixa. Os sinais colhidos apresentaram um platô nas contrações máximas (figura 1c). Estes platôs eram precedidos e sucedidos por subidas a partir do repouso e descidas em direção ao repouso, que ocorriam com o início e nas proximidades do fim da contração. Decidimos não incluir estes trechos na nossa análise, visto que estas regiões do sinal são influenciadas pela hesitação inicial do sujeito ou pela diminuição da contração, próximo ao fim do intervalo de 6 s. Sua inclusão provavelmente aumentaria muito a dispersão e a variabilidade das medidas de amplitude feitas nos sinais processados, podendo mesmo inviabilizar o método. Adotamos então o critério de considerar um trecho dos 4 s mais representativos da atividade máxima, no platô, para efetuar todas as medidas. Em todos os casos, usamos apenas a contração que apresentou a maior média entre as três registradas. 300 273 256 250 219 MA1 MA2 200 MA3 150 a 100 76 MS1 107 94 MS2 MS3 50 0 1 2 3 aquisições Fig. 2 Média de EPB do solear b 250 229 203 185 200 MA1 MS1 150 100 MA2 103 87 MS2 65 MA3 50 c MS3 0 1 2 Fig1. Em a o EMG bruto, em b o EMG retificado e em c a envoltória passabaixa (EPB) 3 aquisições Fig. 3 Média de EPB para o tibial 3. RESULTADOS 7,00 As figuras de 2 a 5 mostram gráficos com as médias de EPB, obtidas com uma amostra de 14 pacientes submetidos ao protocolo experimental descrito. A figura 2 mostra as amplitudes médias para a flexão plantar, retratando a contração do músculo solear, no platô de 4 s relativos à contração máxima, para o membro afetado e para o membro sadio. Nos gráficos destas figuras, as aquisições foram: 1) na admissão; 2) após 3 meses de tratamento; 3) após 6 meses de tratamento. A unidade de EPB nestas figuras é µV. A figura 3 apresenta as médias das amplitudes obtidas para a contração do músculo tibial anterior (dorsiflexão). A dispersão (desvio padrão) para todos estes casos foi muito próxima e, em média, 60 µV. As figuras 4 e 5 mostram as médias das amplitudes pico à pico do reflexo H e da resposta M máxima (em mV), respectivamente, nas três avaliações. A dispersão para o reflexo H e resposta M foi de 1,6 mV e 2,4 mV pico à pico em média, respectivamente. A comparação estatística das médias de EPB entre 1a e 2a, 1a e 3a e 2a e 3a aquisições foram estatisticamente significativas, tanto no membro afetado quanto no membro sadio, para os dois músculos, sendo maior a diferença entre a 1a e a 2a do que entre a 2a e a 3a aquisições. As amplitudes pico à pico do reflexo H do membro afetado, apresentaram uma queda acentuada entre as aquisições, enquanto nenhuma diferença significativa foi observada para o membro sadio. As diferenças entre as amplitudes pico à pico da resposta M máxima entre o membro afetado e o membro sadio foram pequenas, exceto na primeira aquisição, onde houve uma diferença estatisticamente significativa. 6,34 6,00 5,34 MA1 4,68 5,00 MS1 4,00 MA2 3,02 3,04 2,93 3,00 MS2 MA3 2,00 MS3 1,00 0,00 1 2 3 aquisições Fig. 4 Média das amplitudes pico à pico do reflexo H 12,00 10,00 10,83 9,82 9,32 9,28 8,80 8,96 MA1 8,00 MS1 6,00 MA2 MS2 4,00 MA3 MS3 2,00 0,00 1 2 3 aquisições Fig. 5 Média da amplitude pico à pico da resposta M máxima Nas figuras 2 a 5, as legendas MA referem-se ao membro afetado, MS ao membro sadio; 1, 2 e 3 a 1a, 2a e 3a aquisições, respectivamente. 4. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES Neste trabalho procurou-se acompanhar a evolução da função muscular decorrente do tratamento fisioterapêutico, através da avaliação eletromiográfica, onde obtivemos parâmetros que foram correlacionados diretamente com o grau de atividade muscular. O aumento observado na amplitude do EMG para o membro afetado referente ao músculo tibial anterior e solear, foi acompanhado da melhora da função do membro, fato que deve estar correlacionado ao tratamento realizado, pois este visou incrementar a mobilidade e controle voluntário dos pacientes. O membro sadio também apresentou um aumento na amplitude do EMG estatisticamente significativa, fato que deve estar correlacionado a uma melhora global na função da marcha dos pacientes, decorrente das manobras terapêuticas efetuadas durante o tratamento, envolvendo os dois membros. A figura 4 apresenta uma redução muito significativa na amplitude do reflexo H para o membro afetado, chamando a atenção a grande diferença para o membro sadio. Acreditamos que este achado se deve a uma inibição da atividade reflexa, concomitante a uma facilitação do movimento voluntário obtido com o tratamento. A maior alteração de amplitude do EMG superficial entre a 1a e a 2a aquisição, provavelmente, se deve a modificações de fatores neurais, cujos efeitos são mais acentuados nas primeiras semanas de tratamento. Nas figuras 2, 3 e 4, nota-se uma grande diferença entre os valores obtidos no membro afetado em relação ao membro sadio (em média 50% maior). Isto se deve às seqüelas decorrentes do AVC que se caracteriza por hiperreflexia e dificuldade do controle motor voluntário no membro comprometido. Existe uma grande deficiência de métodos baseados em medidas quantitativas e objetivas que possam nortear o programa de reabilitação, no tratamento de pacientes com disfunção muscular. Embora o número de casos reportados neste trabalho seja relativamente reduzido, existem fortes razões para crer que a metodologia baseada no EMG, pode ser usada na avaliação da função muscular após um AVC, indicando a eficácia do tratamento fisioterapêutico empregado na reabilitação, sendo um método simples, barato, não invasivo e de fácil aplicação. 5. REFERÊNCIAS [1] S. S. Adler, PNF - Facilitação neuromuscular proprioceptiva, Manole, 1997. [2] A. Brodal, Anatomia neurológica com correlações. clínicas, Rocca, 1983. [3]. L. C. Carvalho, J. J. A. Ferreira, L. F. Marinho. Comparação de técnicas para o processamento do eletromiograma superficial aplicadas na avaliação de tratamento fisioterapêutico. Anais do VII Congresso Brasileiro de Biomecânica, pp. 1300-1305, Florianópolis, 2000. [4] L. C. Carvalho, R. B. Lima, N. B. Duarte, M. R. Fernandes, A. C. Nóbrega, L. V. Batista. Software em windows para processamento, armazenamento e análise de sinais obtidos em experimentos de fisiologia. Anais do Ier Congreso Latinamericano de Ingeniería Biomédica, pp. 207216, Mazatlán, 1998. [5] G. J. Lankhorst. Measurement of impaired muscle function of the gastrocnemius, soleus and tibialis anterior muscle in spastic hemiplegia: A preliminary study, Journal of Rehab. Res. and Dev. 35 (3), 1998. [6] F. M. Lin, M. Sabbahi. Correlation of spasticity with hyperactive stretch reflexes and motor dysfunction in hemiplegia. Arch. Phys. Med. Rehabil., 80 (5), pp. 526-530, 1999. [7] N. H. Mayer. Clinicophysiologic concepts of spasticity and motor dysfunction in adults with an upper motoneuron lesion, Muscle Nerve Suppl 6, S1-13, 1997 [8] J. Noth. Trends in the pathophysiology and pharmacotherapy of spasticity. J. Neurol. 238 (3), pp.131-139, 1991. [9] S. B. O'Sullivan, T. J. Schmitz. Fisioterapia- avaliação e tratamento, p.p. 183-218, Manole, S. Paulo, 1993 [10] J. Perry J., G. Peter, J. H. Les, J. Montgomery, The determinants of muscle action in the hemiparetic lower extremity (and Their Effect on the Examination Procedure). J. Clinical Orthopaedics and Related Research. 131, March-April, 1978 [11] J. Di Prisco, Crioterapia. Dermatologia Venezolana; 27 pp. 3-4, 1989 [12] Rodrigues, S. A. et al, “Desenvolvimento de instrumentação e software para aquisição e processamento de sinais reflexo”, RBE - Caderno de Engenharia Biomédica, vol. 12, n° 2, pp 47-72, 1996 [13] N. Seghal, J. R. McGuire. Beyond Ashworth. Electrophysiologic quantification of spasticity. Phys. Med. Rehabil. Clin. N. Am, 9 (4), pp. 949979, 1998. [14] T. Sinkæl. Muscle, reflex and central components in the control of ankle joint in healthy and spastic man. Acta Neurol. Scand., Supp. 170:3 (96), 1997. [15] A. F. Thilmann, S. J. Fellows, E. Gams. The mechanism of spastic muscle hypertonus. Variation in reflex gain over the time course of spasticity. Brain, 114: Pt. 1 A, pp. 233-244, 1991. [16] A. F. Thilmann, S. J. Fellows. The time-course of bilateral changes in the reflex excitability of relaxed triceps surae muscle in human hemiparetic spasticity. J. Neurol, 238 (5): pp. 293-298, 1991. SURFACE ELECTROMYOGRAM IN THE EVALUATION OF MUSCLE FUNCTION OF HEMIPARETIC PATIENTS UNDER PHYSIOTHERAPEUTIC TREATMENT ABSTRACT The main objective of this work was to develop a noninvasive methodology to evaluate soleus and anterior tibial muscles function, using surface EMG, and Hoffmann reflex and maximal motor response (M response) of soleus. This study was conducted in patients that had stroke, during a rehabilitation program and physiotherapeutic treatment. The treatment was applied in patients that had left hemiparesia, due to the stroke, after one year of it, so in the spastic phase. Describes the experimental protocol used in a specific project which used above signals to evaluate muscle function recovery as a result of the treatment, showing and discussing results obtained with the processing of the signals. Results allow to conclude that processed surface EMG could be a very useful element to judge physiotherapeutic treatment efficiency and muscle recovery.