EMG- mittaus ja lihasvoima

Kuuntelin erään luokkatoverini opinnäytetyöesitystä ja esiin nousseista pohdinnoista minulle nousi ajatus ”Voiko lihaksen aktivaatiotaso laskea, jos lihasvoima kasvaa”. Sain vastauksen henkilöltä, joka työskentelee lihasaktivaatio mittareiden kanssa. Karkea vastaus oli, jos lihasvoima kasvaa niin myös lihasaktivaatio kasvaa. Tämä kuulosti korvaani hieman oudolta ja hämärältä, joten päätin tehdä omaa tutkimusta aiheesta, koska haluan olla skeptinen, mutta ennen kaikkea olla rehellinen.

EMG- mittaus

Eli lihasaktivaatio mitataan EMG- tai sEMG- mittarilla. Tai, noh. Ei periaatteessa. EMG ei kerro lihasaktivaatiosta, vaan polarisaation muutoksesta sarkomeerissa, eli lihassolun pienessä osassa. Tämä polarisaation muutos saa aikaan sarkomeerin supistumisen, joka mahdollistaa koko lihaksen supistuksen. Eli aktiopontentiaalin lähettämää sähköistä latausta ja tämä sähköinen lataus saa aikaan lihasaktivaation. sEMG- (surface EMG) mittari mittaa vielä kaiken lisäksi vain pinnalista muutosta. Yleinen ajatus on, että korkea ”aktiivisuuskäyrä” EMG- mittarilla tarkoittaa suurta lihasvoimaa, mutta korkea EMG data ei tätä kerro.

”Conversely, inferred longitudinal outcomes primarily consist of muscle hypertrophy and increases in strength, in that it is assumed that greater sEMG amplitudes are predictive of greater adaptation (Andersen et al., 2006; Escamilla et al., 2010; Reiman et al., 2012; Tsaklis et al., 2015; Halperin et al., 2017).”

Pieni EMG data ei myöskään kerro, että lihas ei tuota voimaa. Jotta näitä päätelmiä voidaan tehdä, tulee myös olla jokin vertailu arvo, johon yleensä käytetään maksimaalisen isometrisen supistuksen aikaan saamaa EMG-tulosta. Tätä tulosta voidaan sitten hyödyntää vertailussa liikkeen aikaisiin suorituksiin, jolloin tulos on prosentuaalinen osuus maksimaalisesta aktivaatiosta. No ei tämäkään täysin yksi yhteen mene, sillä isometrinen supistus, jota halutaan käyttää vertailuarvona, kertoo kuitenkin vain tämän yhden asennon maksimaalisesta aktivaatiosta. Tulokset ovat usein myös epätodellisia ja aineettomia, koska sEMG on paljon kompleksisempi kuin todetaan ja tutkimuksia ei tehdä pitkittäistutkimuksina.

Mihin EMG mittausta ei voi käyttää, mutta käytetään silti.

Määrittelemään motorisen yksikön ”syttymistä” ja sen syttymisnopeutta. (Termi syttyminen, erottamaan sanasta aktivoituminen, joka on suomessa yleisemmässä käytössä.)

Motorinen yksikkö muuttaa aktiopotentiaalia voimaksi. Se koostuu alfamotoneuronista (liikehermosolu) ja lihassyistä, joita tämä motoneuroni hermottaa. Hermostolla on kaksi pääkeinoa saada lihas tuottamaan enemmän voimaa. 1) Motoristen yksiköiden laajempi syttyminen, eli enemmän motorisia yksiköitä hyödynnettynä ja 2) jo syttyneiden motoristen yksiköiden nopeampi syttymisnopeus, eli kyky aktivoitua nopeammin.

Ja kuten aiemmin todettiin, sEMG- mittarit mittaavat vain polarisaation muutosta, eivät motoristen yksiköiden aktivoitumista, vaikka ne vaativatkin tätä polarisaatiota. Mittauksessa tärkeä vaikuttava tekijä on työtä suorittava lihasryhmä ja kyseisen tehtävän laatu, joka vaikuttaa voimantuoton tuottamisen nopeuteen. Lihasryhmän motoriset yksiköt voivat nimittäin syttyä ns. pinnalta syvälle tai syvältä pinnalle, joka vaikuttaa sEMG dataan. sEMG ei ota huomioon passiivisten rakenteiden osuutta voimantuottoon, kuten jänteiden, faskian, titiinipumppujen, collageenimatrixin jne. Eli lihas voi tuottaa voimaa pelkillä passiivisilla rakenteilla, ilman sEMG aktiivisuuden osoitusta. Liikenopeus myös vaikuttaa vahvasti sEMG tuloksiin. Tämän vuoksi nopeat ballistiset liikkeet, kuten pallon heitto tai golf-swing voivat antaa 120% sEMG-aktivaation verrattuna isometrisen supistuksen maksimiin. Ballistisissa liikkeissä myös ”häiriön” syntyminen on paljon helpompaa, eli mittari voi lukea jonkin toisen lihaksen polarisaatiota myös tulokseen.

Yhteenveto alkuperäiseen kysymykseeni

Vastaus, jonka sain, on sekä oikein että väärin. Vaikka suurempi polarisaatio yleensä tarkoittaa useamman motorisen yksikön aktivoitumista, ei EMG-laitteet voi tätä varmuudella kertoa. Useamman motorisen yksikön aktivoituminen tarkoittaa yleensä enemmän lihasvoimaa. Jos liike ei ole maksimaalinen, voidaan voimakkaammilla lihassoluilla tehdä sama liike kuin aiemmin hyödyntäen samalla vähemmän motorisia yksiköitä, jolloin polarisaation määrä on pienempi ja EMG-laitteet antavat pienemmän aktivaation. Herättää myös mieleen pohdintaa, että onko isometrisen liikkeen suoritustavalla väliä. Eli pidetäänkö yllä isometristä asentoa vai yritetäänkö saada liikutettua objektia, joka ei liiku. Tällöin nivelkulmat pysyisivät samoina, mutta yritys liikuttaa olisi mahdollisimman suuri. Esimerkiksi, maksimaalinen isometrinen lantionnosto ilman ulkopuolista vastusta. Onko eri asia supistaa vastusta vasten niin paljon kuin pystyy kuin tehdä lantionnosto ilman vastusta niin suoraksi kuin mahdollista? Myös liikkeennopeuden kontrolloiminen nostaa esiin kysymyksiä, eli se tulisi pitää aina samana, jos mittausta tehdään dynaamisena.

Eli summa summarum. Jos lihasvoima on kasvanut, voi sEMG- mittauksen tulos olla pienempi. Ulkopuolisia tekijöitä on paljon.

Interpreting Signal Amplitudes in Surface Electromyography Studies in Sport and Rehabilitation Sciences

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5758546/

Male and female gluteal muscle activity and lower extremity kinematics during running

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22948078/

Clinical considerations in the use of surface electromyography: three experimental studies

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12072849/

The influence of grip width and forearm pronation/supination on upper-body myoelectric activity during the flat bench press

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16095407/

Consensus for experimental design in electromyography (CEDE) project: Electrode selection matrix

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31352156/

Consensus for experimental design in electromyography (CEDE) project: Amplitude normalization matrix

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32569878/