Utilizzo dell’elettromiografia di superficie (sEMG) nello sport: linee guida per l'interpretazione dei risultati nella pratica e nella ricerca scientifica

Il seguente approfondimento è tratto prevalentemente dalla review di Vigotsky et al., 2018 (1).

ELETTROMIOGRAFIA DI SUPERFICIE

L’elettromiografia di superficie (sEMG) permette di conoscere come si comporta il sistema neuromuscolare durante un movimento. In breve, la sEMG identifica la depolarizzazione e l’iperpolarizzazione che avviene nel sarcolemma. Questi cambiamenti di voltaggio sono necessari e precedono la contrazione muscolare.

La variabile primaria della sEMG è l’ampiezza del segnale.

FOCUS: RECLUTAMENTO DELL’UNITA’ MOTORIA E SCARICA DELLE STESSE

Se non si conosce cos’è una unità motoria rifarsi al seguente collegamento.

Per aumentare la produzione di forza nelle unità motorie (UM), il sistema nervoso utilizza due metodi:

I. Vengono reclutate più UM per lo stesso compito;

II. Al posto di aumentare le UM reclutate, esse aumentano la propria frequenza di scarica.

Da notare, però, che il contributo relativo di questi due metodi (I, II) dipende dal gruppo muscolare coinvolto e anche dal movimento (un movimento balistico è differente da un movimento standard). A meno che non si conosca perfettamente come si comporta il muscolo in questione in quella data attività, non si può differenziare queste due strade tramite la sEMG. Concludendo, l’ampiezza del segnale sEMG non può essere utilizzata per dedurre il reclutamento delle UM piuttosto che la frequenza di scarica.

COSA NON SI PUD’ DEDURRE DALL’ELETTROMIOGRAFIA DI SUPERFICIE?

Ci sono certe asserzioni che non si possono speculare tramite la visione di un tracciato elettromiografico, esse verranno distinte in breve e a lungo termine.

BREVE TERMINE

a) ATTIVAZIONE. L’attivazione muscolare si riferisce allo stato del muscolo ed è relativa alla grandezza della forza prodotta (senza includere il contributo passivo alla forza espressa) rispetto alla massima forza prodotta attivamente (MVIC). L’attivazione non è influenzata dalla lunghezza e dalla velocità di contrazione, mentre la produzione di forza è altamente connessa a questi due fattori. Infatti, l’attivazione non tiene conto della dinamica (lunghezza-forza, forza-velocità, ecc.). in poche parole, l’attivazione è relativa al numero di fibre attivate ed attive e non alla capacità di generare forza da queste fibre. La sEMG, però, non misura l’attivazione, bensì i cambiamenti di polarità nella membrana (eccitazione muscolare). Attivazione ed eccitazione sono due entità distinte, infatti la seconda è precursore della prima. Di conseguenza, gli autori concludono il paragrafo dicendo: dato che la sEMG non è una misura diretta dell’attivazione muscolare, suggeriamo agli autori di evitare termini come “attivazione” quando ci si riferisce al segnale in ampiezza del sEMG. Al contrario, gli autori dovrebbero riferirsi semplicemente con il termine “ampiezza del segnale sEMG”, “eccitazione muscolare” o “attività mioelettrica”. Inoltre, proseguono dicendo che il termine “attività muscolare” è ambiguo e non dovrebbe essere utilizzato.

b) PRODUZIONE DI FORZA. Dato che il reclutamento delle UM e la frequenza di scarica delle stesse è un precursore della generazione di forza, si è ambiziosi di associare l’ampiezza sEMG (specialmente se normalizzata con la massima contrazione volontaria [MVIC]) con la produzione di forza. Questa associazione è sbagliata per due motivi: si ignora la curva forza-lunghezza passiva (il contributo alla forza espressa da legamenti, tendini, fascia, titina, ecc.); infatti un muscolo può produrre forza anche con un’ampiezza sEMG pari a zero grazie alle proprietà passive. Secondo, bisogna tenere conto della curva attiva di tensione-lunghezza e della storia contrattile del muscolo (2). Ad esempio, dato che la relazione forza-lunghezza delle fibre è una relazione a campana rovesciata, la stessa produzione di forza può essere erogata a due diverse lunghezze delle fibre. Mentre, la storia contrattile ci dice che un muscolo produce più forza dopo una eccentrica. Infine, l’ampiezza sEMG non tiene conto delle proprietà del muscolo come, ad esempio, la sezione trasversa.

LUNGO TERMINE

Le speculazioni a lungo termine sono proprie del settore sportivo; infatti, solitamente si ritiene che una attivazione maggiore porti a guadagni migliori in forza ed ipertrofia muscolare.

a) IPERTROFIA. La sEMG è stata studiata nello sport per guidare la programmazione degli esercizi per un fine ipertrofico, ma, ad oggi, non ci sono studi che suggeriscono che la sEMG sia predittiva di un outcome come l’ipertrofia. Implicitamente (N.B. non è mai stata valutata esplicitamente) si ritiene che un segnale sEMG maggiore risulti in maggiore eccitazione muscolare che permette in una sintesi proteica aumentata e, per finire, in uno stimolo ipertrofico maggiore. Ci sono studi recenti su uomini che non supportano l’idea che l’eccitazione muscolare sia predittiva dell’ipertrofia (3). Ma, l’assenza di evidenze non è evidenza di assenza; quindi, nonostante la sEMG non sembra sia predittiva della crescita muscolare, non significa che questa relazione non esista, infatti, alcune flebili evidenze suggeriscono che l’eccitazione abbia un ruolo, seppur minimale, nell’ipertrofia.

b) FORZA. Leggendo la sEMG relativa alla massima contrazione volontaria, si ritiene impropriamente che la sEMG normalizzata rispetto alla MVIC sia uguale al carico relativo rispetto al massimale. Questa supposizione può essere veritiera per le contrazioni isometriche se sono svolte nella stessa posizione con cui viene normalizzato la MVIC, mentre questa relazione non regge in una contrazione dinamica.

COSA SI PUD’ DEDURRE DALL’ELETTROMIOGRAFIA DI SUPERFICIE (CON CAUTELA)?

a) ON-OFF MUSCOLARE. Conoscere se un muscolo è attivo o è in uno stato di quiete.

b) TIMING DELL’ECCITAZIONE. Conoscere il timing di eccitazione durante un movimento dinamico.

PUNTI CHIAVE:

1. L’ampiezza del segnale sEMG non può essere utilizzata per dedurre un reclutamento delle UM piuttosto che la frequenza di scarica.

2. Ad oggi, ci sono pochissime e deboli evidenze che mostrano l’eccitazione muscolare come fattore predittivo dell’ipertrofia;

3. La sEMG normalizzata con la massima contrazione volontaria non è coerente con la percentuale relativa (% RM), a meno che non sia in un movimento isometrico identico con la procedura per ottenere la MVIC stessa (La sEMG non mostra la % relativa in un esercizio dinamico)

4. La sEMG permette di conoscere se un muscolo è attivo o è in uno stato di quiete.

5. La sEMG permette di conoscere il timing di eccitazione durante un movimento dinamico.

BIBLIOGRAFIA

1. Vigotsky AD, Halperin I, Lehman GJ, Trajano GS, Vieira TM. Interpreting signal amplitudes in surface electromyography studies in sport and rehabilitation sciences. Front Physiol. 2018;8(JAN).

2. Herzog W, Powers K, Johnston K, Duvall M. A new paradigm for muscle contraction. 2015;6(June):1–11.

3. Noorkõiv M, Nosaka K, Blazevich AJ. Neuromuscular adaptations associated with knee joint angle-specific force change. Med Sci Sports Exerc. 2014;46(8):1525–37.