MINISTERUL EDUCATIEI SI CERCETARII

RELATIA AGONIST - ANTAGONIST IN FLEXIA ANTEBRATULUI PE BRAT

- ASPECTE ELECTROMIOGRAFICE -

Cuvinte cheie: electromiografie, agonist, antagonist, sinergist.

CONDUCATOR STIINTIFIC

BUCURESTI

CUPRINS

Glosar de termeni

Introducere

Cap. 1 - Consideratii generale

Cap. 2 - Obiective si ipoteze

Cap. 3 - Materiale si metode

Cap. 4 - Rezultate si discutii

Cap. 5 - Concluzii si recomandari

Bibliografie

GLOSAR DE TERMENI

Cuvinte cheie: agonist, antagonist, sinergisti, electromiografie.

Agonistii sunt muschii ce initiaza si produc miscarea, motiv pentru care se mai numesc "motorul primar".[CORDUN, 1999, p.41]

Antagonistii se opun miscarii produse de agonisti; au deci rol frenator, reprezentand frana elastica musculara, care intervine de obicei inaintea celei ligamentare sau osoase.[ CORDUN,1999,p.41]

Sinergistii sunt muschii prin a caror contractie actiunea agonistilor devine mai puternica. Acest lucru se poate observa in cazul agonistilor bi- sau poliarticulari.[CORDUN,1999,p.42]

Electromiografia (EMG reprezinta o tehnica de investigare a functiei de contractie musculara prin care se detecteaza si se vizualizeaza potentialele de actiune ale fibrelor musculare apartinand diferitelor unitati motorii.

Experimentul este definit ca un procedeu de cercetare in stiinta, care consta in reproducerea artificiala sau modificarea intentionata a unor fenomene in conditiile cele mai propice pentru studierea lor si a legilor care le guverneaza, potrivit, de regula, unor ipoteze sau modele prealabile. [Epuran,]

INTRODUCERE

Problema relatiei agonist-antagonist in miscarea de flexie a antebratului pe brat si nu numai, a fost frecvent tratata in literatura de specialitate, urmarindu-se diverse aspecte ale problemei in functie de zona de interes. Alegerea temei a pornit in urma unui studiu asupra unui material specific, gasit pe internet la adresa de web.., material care trata problema contractiei musculare si din punctul de vedere al relatiei agonist- antagonist. Am considerat ca fiind o tema interesanta, asupra unei miscari uzuale si des intalnita in diverse ramuri de sport si, de asemenea, am intrezarit oportunitatea crearii unor metode si mijloace de imbunatatire si eficientizare a "jocului" agonist-antagonist pe viitor, care sa poata fi implicate individualizat in functie de rezultatele obtinute si cerintele ramurii de sport.

apitolul I

CONSIDERATII GENERALE

Miscarea voluntara, este aleasa de subiect si adaptata unui scop precis . Pentru aceasta, muschii trebuie sa actioneze ca: agonisti, antagonisti, sinergisti si fixatori.

Dupa M. Cordun [1999] , majoritatea muschilor scheletici sunt grupati in perechi antagoniste in care efectul contractiei unui muschi este anulat de relaxarea celuilalt. De exemplu muschii biceps si triceps de la nivelul bratului. Bicepsul este un muschi flexor care asigura flexia bratului pe brat. Tricepsul este un muschi extensor care asigura extensia antebratului. Comenzile nervoase care determina contractia unui muschi sunt insotite in paralel de comenzi inhibitorii catre muschiul antagonist.

Relatia dintre musculatura cu rol agonist si cea cu rol antagonist este descrisa de catre Tudor Sbenghe in Kinetologia profilactica,terapeutica si de recuperare [1987,p. ] in termenii urmatori: "Muschii agonisti si antagonisti actioneaza totdeauna simultan, insa rolul lor este opus:

- cand agonistii lucreaza, tensiunea lor de contractie este egalata de relaxarea antagonistilor, care controleaza efectuarea uniforma si lina a miscarii, prin reglarea vitezei, amplitudinii si directiei;

- cand tensiunea antagonistilor creste, miscarea initiata si produsa de agonisti inceteaza.

Astfel, prin jocul reciproc, echilibrat, dintre agonisti si antagonisti rezulta o miscare precisa.

Agonistii si antagonistii desemneaza o miscare concreta, dar actiunea lor se poate inversa in functie de grupul muscular considerat si de miscarea care este initiata si care se desfasoara in mod controlat (n.a.).

Interactiunea dintre agonisti si antagonisti mareste precizia miscarii, cu atat mai mult cu cat este angrenat un numar mai mare de muschi. Cu cat relaxarea antagonistilor este mai mare, cu atat miscarea este mai rapida si mai puternica.

Sinergistii confera si ei precizie miscarii, prevenind aparitia miscarilor aditionale, secundare, pe care agonistii au tendinta sa le produca, simultan cu actiunile lor principale.

Interventia sinergistilor este involuntara, automata ca si incazul interventiei antagonistilor (n.a.). Astfel, o parte din muschii adductori ai umarului produc secundar si rotatia interna a bratului. Din acest motiv, la initierea miscarii de adductie se produce si miscarea aditionala de rotatie interna, care este franata de muschii sinergisti ceea ce face ca actiunile desfasurate de catre musculatura sinergica sa se manifeste sinergic cu agonistii sau sinergic cu antagonistii, ca functii si directii de actiune ale fortelor (n.a.).

Fixatorii actioneaza tot involuntar si au rolul de a fixa actiunea agonistilor, antagonistilor si sinergistilor. Fixarea nu se realizeaza continuu, pe intreaga cursa de miscare a unui muschi. Fixatorii, au mai curand rol dinamic, ca si sinergistii.[Cordun, 1999, p. 42]

Muschii pot lucra cu sau fara producerea miscarii, realizand contractii izotonice, izometrice sau auxotonice.

Contractiile izotonice se realizeaza cand muschiul deplaseaza segmentele pe care se gasesc punctele sale de insertie.Contractiile izotonice se produc cu scurtarea sau alungirea muschiului sau grupului muscular respective. [Cordun, 1999, p.42]

Contractiile izometrice rezulta din scurtarea fibrelor contractile concomitent cu alungirea pasiva a elementelor necontractile, pe ansamblu lungimea muschiului ramanand constanta; modificarile se produc la nivelul tensiunii musculare care creste. [Cordun, 1999, p.43]

Contractile auxotonice sunt combinatii ale contractiilor izotonice si izometrice , in timpul carora se produc modificari ale lungimii elementelor contractile si necontractile; reprezinta cea mai frecventa forma de contractii in activitatea sportiva. [Cordun,1999,p.44]

2.2.Motricitatea reflexa

Miscarea reflexa este realizata prin contractie musculara involuntara (dar constientizata) ca raspuns la un stimul senzitiv- senzorial adecvat. Se bazeaza pe arcul reflex, care este organizat in sistem de bucla inchisa, fiecare miscare activa fiind controlata de sistemul aferent prin feed-back

Realizarea unei miscari reflexe sau voluntare presupune integritatea cailor aferente si eferente, a centrilor nervosi corticali si subcorticali, precum si a efectorului muscular. Cel mai simplu arc reflex este reprezentat de reflexul miotatic care a fost descris de catre Sherrington (1931) si este singura cale monosinaptica a unui sistem senzitivo-motor de feed-back. Este reflexul fusului muscular, caci intinderea unui muschi excita fusul muscular, ceea ce, reflex, va declansa contractia acelui muschi, a fibrelor extrafuzale. Influxul de origine fusala pleaca de la muschi prin fibrele Ia (informeaza despre lungimea muschiului), ajunge direct la motoneuronul alfa din maduva, de unde , prin nervul motor al radacinii anterioare, se reintoarce la acelasi muschi, pe care-l

contracta.

    Fig. 1. Reflexul miotatic, dupa www.courses medical-school

In realizarea corecta a reflexelor miotatice, neuronii intercalari de la nivelul maduvei spinarii au un rol foarte important. De exemplu, flexia antebratului pe brat presupune contractia muschiului biceps si relaxarea muschiului triceps, antagonist. Acest set de contractii si relaxari este posibil datorita unui process de inhibitie reciproca, in care colaterale de la fibrele Ia din muschiul biceps fac sinapsa pe interneuronii inhibitori (neuroni intercalari) din maduva spinarii ce inhiba la randul lor motoneuronii alfa ce inerveaza muschiul triceps.

Intinderea rapida si brusca a muschiului agonist declanseaza stretch-reflexul, prin stimularea terminatiunilor senzitive primare tip Ia si excita motoneuronul alfa unu, care comanda contractia fibrelor extrafusale ale muschiului de la care au pornit semnalele si relaxarea fibrelor extrafusale ale muschiului antagonist.

Rezultatul este un efect facilitator pe muschiul agonist al carui tonus muscular creste. In acelasi timp, excitatiile ajung, prin intermediul unor neuroni intercalari, la nivelul motoneuronilor alfa ai muschilor antagonisti pe care ii inhiba.

Intinderea durabila si constanta a muschiului agonist declanseaza stretch-reflexul prin stimularea terminatiunilor secundare IIa si a terminatiilor Ib de la organul tendinos Golgi care dau un raspuns static continu, inhibitor pentru agonisti si sinergisti si facilitator pentru antagonisti.

Fig. 2. Structura organului tendinos Golgi dupa www.courses medical-school

Antrenarea cuplului agonist/ antagonist nu se poate face decat concomitent. Atunci cand este vorba de o miscare directionata , miscarile sunt controlate continu de catre aferentele de feedbach pe tot parcursul ei.

Aspecte anatomice si fiziologice

Muschiul este o structura organica care converteste energia dinamica derivata din alimente in energie fizica (forta) devenind astfel elementul motor al miscarii deoarece trece peste articulatii realizand miscarea segmentelor.

Fig.3. Activitatea coordonata a musculaturii bratului

Fig.4. Structura fusului muscular dupa www. courses medical-school

Din punct de vedere anatomic, muschiul este alcatuit din manunchiuri ce contin fibre apartinand diferitelor unitati motorii. Fibrele musculare sunt la randul lor divizate in manunchiuri de miofibrile, care sunt alcatuite din filamente groase si fine dispuse paralel; filamentele groase sunt compuse din miozina, iar cele subtiri din actina. Filamentele groase si subtiri se intrepatrund, iar in timpul contractiei musculare ele culiseaza astfel incat se produce scurtarea muschiului.

De fiecare data cand o fibra musculara se contracta membrana de suprafata se depolarizeaza astfel incat se poate inregistra un potential de actiune al fibrei. Cand fibrele unei unitati motorii sunt activate ele se contracta aproape sincron iar potentialele lor se sumeaza pentru a forma un potential mai mare, numit potential de actiune al unitatii motorii.

Unitatea motorie reprezinta unitatea functionala neuro-musculara si este formata dintr-un motoneuron, axonul sau, ramificatiile terminale, jonctiunea neuromusculara si ansamblul fibrelor musculare pe care la inerveaza.

Motoneuronii nu sunt identici ca dimensiune; talia corpului lor celular variaza intre 30 si 60 µm in diametru. S-a demonstrat ca exista o relatie proportionala intre talia corpului celular, diametrul axonului respective si numarul de fibre musculare inervate.

Dimensiunea unei unitati motorii este exprimata de raportul de inervare, adica raportul dintre numarul de fibre musculare dintr-un muschi si numarul de axoni motori care intra in acest muschi.

Unitatile motorii se impart in unitati rapide si lente, in functie de timpul in care se atinge tensiunea maxima in fibrele musculare.Unitatile lente corespund fibrelor musculare rosii care sunt bogate in enzime oxidative, iar unitatile rapide corespund fibrelor albe care au concentratii mari de fosforilaza si alte enzime glicolitice. Fibrele inervate de un anumit motoneuron sunt totdeauna de acelasi tip.

Din punct de vedere biomecanic, articulatia umarului cuprinde cinci articulatii: trei articulatii ale centurii scapulare - sternoclaviculara , acromioclaviculara si interscapulotoracica, si doua articulatii - ale umarului - scapulohumerala si spatiul subacromiodeltoidian.

La formarea articulatiei cotului paticipa trei oase: humerusul, cubitusul si radiusul. La acest nivel se descriu trei articulatii: humerocubitala, humeroradiala si radiocubitala proximala.

Muschii membrului superior sunt grupati in muschi ai: umarului, bratului, antebratului si mainii.

Muschii umarului sunt: deltoidul (este cel mai voluminos dintre muschii umarului), supraspinosul, infraspinosul, rotundul mic, rotundul mare,subscapularul.

Muschii regiunii anterioare a bratului sunt: bicepsul brahial, coracobrahialul, brahial.

Muschii regiunii posterioare a bratului sunt: tricepsul brahial.

Muschii regiunii anterioare a antebratului sunt: rotundul pronator, flexorul radial al carpului,palmarul lung,flexorul ulnar al carpului, flexorul superficial al degetelor,flexorul profound al degetelor, flexorul lung al policelui, patratul pronator.

Muschii regiunii posterioare a antebratului sunt:extensor al degetelor, extensor al degetului mic, extensor ulnar al degetului mic, anconeul,abductor lung al policelui, extensor scurt al policelui,extensor lung al policelui,extensorul degetului II (index).

Muschii regiunii laterale a antebratului sunt: brahioradialul, lungul extensor radial al carpului, scurt extensor radial al carpului, supinator.

Tehnica EMG este o cale de valorificare a unor achizitii importante din domeniul fiziologiei. Astfel, la sfarsitul secolului al XVIII-lea se produce dovada experimentala a faptului ca muschii utilizeaza electricitatea (Galvani, 1791), iar in prima jumatate a secolului al XIX-lea se studiaza electrozii de prelevare a semnalului generat de muschiul in contractie (fapt mentionat la 1841). Inceputul secolului al XX-lea coincide cu o adevarata explozie de interpretari de succes a fenomenelor ce se petrec in sistemele vii. In acest context, stabilirea destul de timpurie a unei relatii lineare intre valoarea semnalului bioelectric captat de la muschiul in contractie si intensitatea contractiei este explicabila si poate corespunde momentului conceperii ideii de EMG.

Desi transpunerea acestei idei in practica a ridicat inca de la inceput o serie de probleme, faptul ca EMG aducea date suplimentare privind conducerea impulsurilor motorii de la nerv la muschi si obiectiva prezenta si amploarea contractiei prin semnalul bioelectric explica aplicarea ei in domeniul performantei sportive.

Experimentul s-a desfasurat la Institutul National de Cercetare pentru Sport, unde, in cadrul Laboratorului de Fiziologia Sportului exista un electromiograf portabil ce faciliteaza desfasurarea acestuia in conditii optime.

Capitolul II

OBIECTIVE SI IPOTEZE

Obiectiv

Obiectivul principal al lucrarii il constituie realizarea unui studiu experimental de EMG pentru explorarea relatiei agonist - antagonist in flexia antebratului pe brat.

Cunoasterea raspunsului EMG poate pune in evidenta diferentele de activitate musculara intre muschii agonisti si antagonisti, atat in miscare cat si in repaus, precum si rolul fiecaruia in realizarea miscarii.

Legatura intre activitatea agonistilor si antagonistilor in flexia antebratului pe brat trebuie sa se regaseasca in starea de repaus a bratului si pe musculatura contralaterala.

Ipoteze

Tehnica de investigatie EMG permite punerea in evidenta a sincronicitatii activitatilor musculaturii agoniste cu cea antagonista in miscarea considerata.

Exista posibiltatea unui transfer de activitate electrica de la musculatura activa la cea aflata in stare de repaus din zona simetrica a organismului.

Scop

Scopul lucrarii de fata il constituie realizarea unui studiu explorator pe relatia agonist-antagonist in miscarea de flexie a antebratului pe brat.

Capitolul III

MATERIALE SI METODA

Metoda se bazeaza pe proprietatea fibrei musculare de a modifica starea electrica a mediului sau in urma depolarizarii sarcolemei (inversarea polarizarii acesteia prin schimbul de ioni dintre exteriorul si interiorul celulei), fenomen exprimat in timpul contractiei printr-un semnal bioelectric obiectivabil. In principal, metoda este utilizata pentru explorarea functionalitatii musculaturii striate scheletice, dar exista si unele proceduri de investigare a muschilor netezi.

Tehnica EMG este o cale de valorificare a unor achizitii importante din domeniul fiziologiei. Astfel, la sfarsitul secolului al XVIII-lea se produce dovada experimentala a faptului ca muschii utilizeaza electricitatea (Galvani, 1791), iar in prima jumatate a secolului al XIX-lea se studiaza electrozii de prelevare a semnalului generat de muschiul in contractie (fapt mentionat la 1841). Inceputul secolului al XX-lea coincide cu o adevarata explozie de interpretari de succes a fenomenelor ce se petrec in sistemele vii. In acest context, stabilirea destul de timpurie a unei relatii lineare intre valoarea semnalului bioelectric captat de la muschiul in contractie si intensitatea contractiei este explicabila si poate corespunde momentului conceperii ideii de EMG.

Desi transpunerea acestei idei in practica a ridicat inca de la inceput o serie de probleme, faptul ca EMG aducea date suplimentare privind conducerea impulsurilor motorii de la nerv la muschi si obiectiva prezenta si amploarea contractiei prin semnalul bioelectric explica aplicarea ei in domeniul performantei sportive.

Experimentul s-a desfasurat la Institutul National de Cercetare pentru Sport, unde, in cadrul Laboratorului de Fiziologia Sportului exista un electromiograf portabil ce faciliteaza desfasurarea acestuia in conditii optime.

Semnalul EMG apare in timpul contractiei musculare ca diferenta de potential intre teritoriul studiat (muschi, unitate motorie sau fibra musculara) si o alta zona anatomica, aleasa ca punct de referinta. Zona de referinta trebuie sa fie situata intr-un loc suficient de "indepartat" ca topografie si ca stare electrica; totusi, chiar si cu aceasta masura menita sa faciliteze culegerea unei diferente de potential cat mai "vizibile", semnalul electric al contractiei musculare este foarte slab si necesita amplificare. In zona de referinta este aplicat electrodul de referinta, semnalul EMG fiind cules cu unul sau mai multi electrozi de detectie.

Echipamentul utilizat in Laboratorul de Fiziologie al INCS este un electromiograf portabil - EMG System Myomonitor III (Fig. 5)- care functioneaza in sistemul Myomonitor Wireless, transmitand date spre un calculator gazda alaturat pentru stocare si vizualizare in timp real (Fig.6)

Sistemul cuprinde 2 module cu 8 canale fiecare, permitand achizitii de date pe unul sau mai multe canale (maximum 16).

Fig. 5- Electromiograf portabil Fig. 6- Conexiune wireless

Myomonitor III

EMG System Myomonitor III este creat pentru achizitionarea de semnale EMG sigure, fara interferente. Electrozii activi sunt specific realizati pentru a detecta in mod optim semnalele EMG la suprafata pielii, eliminand zgomotele obisnuite, cum ar fi miscarea si artefactele din cauza cablurilor rezultand un excelent raport semnal/zgomot.

Unitatea principala foloseste electrozii EMG si digitizeaza semnalul EMG primit de la acestia, transmitandu-l spre calculator.

Electrozii (Fig.7) au pe suprafata lor doua contacte liniare din argint care se vor pozitiona perpendicular pe fibra musculara pentru ca semnalul detectat sa fie maxim. In acest scop, pe partea superioara a electrozilor este marcata o sageata care trebuie orientata paralel cu fibra musculara.

Inainte de fixarea electrozilor se va indeparta parul de pe suprafata pielii, iar aceasta va fi curatata atent cu alcool. Dupa aceea se vor fixa electrozii cu ajutorul benzii dublu adezive special destinata acestui scop (Fig.8).

   

Fig.7-Electrozi    Fig.8-Sistemul de aplicare al electrozilor

Grupele de muschi pe care au fost montati electrozii sunt dupa cum urmeaza :

canalul 1 : biceps brahial stang (activ)

canalul 2 : triceps brahial stang (activ)

canalul 3 : biceps brahial drept (pasiv)

canalul 4 : triceps brahial drept (pasiv)

Fig. 9. Poza pozitionare electrozi (agonist-antagonist)

Experimentul a fost efectuat in cadrul Laboratorului de etc. din cadrul INCS.

Subiect

Datorita faptului ca s-a dorit doar un simplu studiu explorator al "jocului" agonist-antagonist in miscarea de flexie a antebratului pe brat, s-a folosit un singur subiect cu varsta de 42 de ani, sedentar, starea de sanatate la momentul executarii experimentului fiind optima.

Material

In realizarea experimentului au fost utilizate simulatorul de conditii ERGOSIM, precum si un dispozitiv creeat special pentru realizarea experimentului , care a fost atasat ergosimului.

Ergosim

Fig.10. Poza Simulator Ergosim

Dispozitiv

Pentru realizarea dispozitivului au fost folosite un placaj de lemn , o furca si o roata de bicicleta.

Pe un placajul din lemn de forma unui dreptunghi a fost atasata o furca de bicicleta cu un dispozitiv reglabil astfel incat sa se poata regla in functie de inaltimea subiectului. Pe roata de la bicicleta, in lateral ,s-a atasat o teava de fier la capatul careia a fost montat un maner de lemn. Pe roata a fost atasat firul de la ergosim astfel incat sa se poata realiza miscarea cu ingreuiere (incarcatura stabilita anterior).

Scopul in care a fost folosita o roata de bicicleta a fost acela de a mentine firul la distanta egala de brat, pentru a evita diferentele de amplitudine, precum si de a reda tensiunea in mod constant pe tot parcursul miscarii.

Fig.11. Poza dispozitiv

Metoda

Subiectul a fost asezat in pozitia asezat, pe un scaun fara spatar (datorita faptului ca au fost atasati electrozi si pe muschii lombari, urmarindu-se o eventuala actiune a acestora in miscarea de flexie a antebratului pe brat), in lateral fata de dispozitiv (roata de bicicleta) astfel incat pozitia sa-i permita apucarea manerului rotii si executarea miscarii de flexie a antebratului pe brat. Electrozii au fost aplicati atat pe bratul activ ( bratul stang) cat si pe cel pasiv (bratul drept), pe agonist (biceps) respectiv antagonist (triceps). Achizitia de semnale EMG s-a realizat pe 16 canale, ulterior prelucrarea si analiza datelor facandu-se doar pe 4 canale in raport cu tema aleasa in lucrarea de fata "Relatia reciproca agonist-antagonist la membru superior in miscarea de flexie a antebratului pe brat.

Bratul activ a executat miscarea de flexie a antebratului pe brat pornind de la un unghi de 0% si urmarind cursa miscarii pana in punctul maxim, bratul pasiv, respectiv mana dreapta mentinandu-se in pozitie relaxata pe langa corp.

Fig. 12. Poza experiment

Conditiile de prelevare: achizitia de semnale EMG s-a facut pe 16 canale (Fig. *), in 5 repetari a cate 5 secunde fiecare, cu o pauza intre repetari de 2-3 minute necesare pentru relaxare musculara si modificarea constantei de frana, inregistrandu-se semnalele EMG dupa cum urmeaza:

miscare executata liber, fara tensiune in fir

miscare de flexie a antebratului pe brat executata cu tensiune in fir, la o forta de 4daN si o constanta de frana de 30%

3- miscare de flexie a antebratului pe brat executata cu tensiune in fir, la o forta de 4daN si o constanta de frana de 50%

4- miscare de flexie a antebratului pe brat executata cu tensiune in fir, la o forta de 4daN si o constanta de frana de 90%

5- miscare de flexie a antebratului pe brat executata maximal, find impusa doar constanta de frana pe care aparatul o opune miscarii, si anume k=50%

Fig. Achizitie semnale EMG

Prelucrarea datelor s-a facut cu ajutorul softului specializat, EMGANA, de la firma DELSYS, calculand media valorilor, transformarea valorilor negative in valori pozitive, media alunecatoare pe o fereastra cu o lungime de 100 puncte suprapusa peste o fereastra cu o lungime de 99 de puncte, filtrare a semnalului EMG la frecvente joase (Fig. 13).

Capitolul IV.

REZULTATE SI DISCUTII

In urma analizei electromiografice si punerea in paralel a rezultatelor obtinute, luand in discutie muschii biceps si triceps, respectiv agonist/antagonist de pe ambele membre superioare au rezultat urmatoarele :

V. Concluzii si recomandari

Bibliografie