Nuevo método para medir la actividad muscular usando señales de tendón

Medir cómo funcionan nuestros músculos es súper importante, sobre todo en áreas como la rehabilitación y el ejercicio. Al saber qué tan activos están los músculos, podemos ajustar la dificultad de los ejercicios y crear mejores planes de entrenamiento. Los estudios han demostrado que manejar la actividad muscular puede ayudar a la gente a ganar músculo, volverse más fuerte y mejorar su resistencia. Esta información también ha llevado al desarrollo de herramientas diseñadas para hacer que la rehabilitación y el ejercicio sean más eficientes.

Tradicionalmente, ha habido dos formas principales de medir la actividad muscular: electromiografía (EMG) y mecanomiografía (MMG). Sin embargo, estos métodos tienen sus propios problemas. Primero, necesitan conocimiento y habilidades especializadas para configurarlos y usarlos. Por ejemplo, colocar electrodos o micrófonos en los músculos de manera correcta requiere entrenamiento, lo que hace que sea difícil para la gente promedio medir la actividad muscular en casa. Segundo, los equipos deben estar pegados a la piel, lo que puede llevar a problemas como despegarse por el sudor o frotarse con la ropa, lo que complica el monitoreo a largo plazo.

#Un Nuevo Enfoque para Medir la Actividad Muscular

Para enfrentar estos desafíos, miramos las señales biológicas de los tendones en lugar de los músculos. Cuando los músculos se contraen, envían señales que se pueden detectar en los tendones. Al enfocarnos en estas señales de los tendones, podemos medir la actividad muscular sin la complicada configuración necesaria para EMG o MMG. Hay un término específico para las señales enviadas por los tendones: mecanotendografía (MTG). Al capturar estas señales de los tendones, podemos superar los desafíos que presentan EMG y MMG.

Los tendones son más fáciles de alcanzar ya que generalmente están cerca de la superficie de la piel. Esto permite que cualquiera ponga sensores sobre ellos sin necesidad de habilidades especiales. Además, los tendones a menudo están en los bordes de la ropa, lo que reduce las preocupaciones sobre la interferencia de la ropa. El área entre los tendones y la piel también tiene menos grasa, lo que ayuda a mantener señales fuertes incluso con contacto mínimo.

Nos centramos en el Tendón de Aquiles y creamos un dispositivo que puede medir su actividad. El tendón de Aquiles se conecta a varios músculos de la pantorrilla, lo que significa que podemos captar señales fuertes. Nuestro dispositivo usa un sensor especial que detecta estas señales. En pruebas anteriores, observamos que las señales del tendón aumentaban a medida que aumentaba la fuerza muscular. Sin embargo, aún necesitábamos entender los cambios exactos en las señales a medida que variaba la fuerza muscular.

#Objetivos de la Investigación

Nuestra investigación tenía dos metas principales. La primera era examinar cómo se relacionan las señales del tendón con diferentes niveles de fuerza muscular mediante métodos estadísticos. La segunda era desarrollar una teoría sólida sobre cómo se generan estas señales del tendón basándonos en nuestros hallazgos y en el conocimiento existente sobre fisiología.

Para alcanzar estos objetivos, recopilamos datos de 62 participantes. Cada participante realizó una serie de ejercicios diseñados para probar diferentes niveles de fuerza muscular. Seguimos las señales de los sensores colocados en su tendón de Aquiles. Analizamos estos datos de tal manera que pudiéramos ver cómo respondía cada persona en cinco momentos diferentes.

#Participantes del Estudio y Configuración

Estudiamos a un total de 62 personas sanas de entre 21 y 58 años. Antes de comenzar, todos los participantes firmaron un formulario de consentimiento y el estudio contó con las aprobaciones éticas necesarias. Los participantes debían cumplir ciertos criterios, como ser capaces de tomar sus propias decisiones y entender el propósito del estudio.

Diseñamos nuestro sistema de adquisición de datos para capturar fácilmente y de manera efectiva las señales que venían del tendón de Aquiles. Nuestro sistema incorporó un sensor de película piezoeléctrica delgada que es menos afectado por el calor corporal. Esto le permite detectar pequeños cambios cuando los músculos se contraen, lo que produce vibraciones que pueden ser registradas.

Los participantes usaron nuestro dispositivo mientras realizaban ejercicios isométricos de flexión de tobillo. Configuramos el entorno cuidadosamente para minimizar ruidos o interrupciones, asegurando que los movimientos fueran suaves y que el sistema estuviera correctamente posicionado.

#Procedimiento de Recolección de Datos

El experimento tenía tres partes principales: un calentamiento, práctica y la fase de recolección de datos. La fase de calentamiento tenía como objetivo asegurar que los participantes estuvieran físicamente preparados y minimizar las diferencias entre ellos. En la fase de práctica, guiamos a los participantes a través del proceso para asegurarnos de que entendieran los ejercicios y la configuración.

Durante la fase de recolección de datos, los participantes realizaron ejercicios a diferentes niveles de esfuerzo. Aumentaron gradualmente la fuerza durante diez segundos y la mantuvieron durante cinco segundos mientras registrábamos las señales del tendón. Cada participante pasó por este proceso varias veces para cada nivel establecido.

#Procesamiento de Datos

Después de recolectar los datos, tuvimos que limpiarlos para asegurarnos de que solo midiéramos las señales relevantes. Implementamos métodos de eliminación de ruido para eliminar cualquier sonido no deseado causado por movimientos u otros factores. Luego nos enfocamos en identificar los puntos máximos en los datos, que indican las señales más fuertes producidas durante la actividad muscular.

Se utilizó el valor de raíz cuadrática media (RMS) para cuantificar la fuerza de las señales. Al organizar los datos, los transformamos en una estructura longitudinal para poder analizarlos de manera más efectiva.

#Análisis de los Datos

Para el análisis, utilizamos modelos de curva latente (LCM), que son geniales para ver datos recolectados a lo largo del tiempo. Estos modelos nos permitieron examinar no solo los cambios dentro de cada persona, sino también las diferencias entre individuos.

Exploramos varios tipos de modelos para encontrar el que mejor representara los datos. Observamos factores como qué tan bien se ajustaban los modelos a los datos y cómo explicaban los cambios en las señales recibidas del tendón de Aquiles a medida que variaba la fuerza muscular.

#Diferentes Modelos Explorados

Probamos diferentes modelos, como modelos lineales, cuadráticos y lineales por tramos. Cada modelo ofrece una perspectiva diferente sobre cómo podría comportarse el dato.

• LCM Lineal: Este modelo asume una relación en línea recta, observando cómo cambian las señales con el tiempo.
• LCM Cuadrático: Este modelo permite relaciones más complejas, donde la tasa de cambio puede aumentar o disminuir.
• LCM Lineal por Tramos: Este modelo considera cambios repentinos en los datos. Por ejemplo, puede mostrar un punto de cambio brusco en el que la relación cambia.

Examinamos qué tan bien se ajustaban estos modelos a los datos y cuál podía describir mejor la relación entre la fuerza muscular y las señales del tendón.

#Diferencias de Género en la Actividad Muscular

Sabemos que las propiedades y el rendimiento muscular pueden diferir entre hombres y mujeres. Por eso, dividimos nuestros datos por género para ver cómo se desempeñaban los modelos para cada grupo. Este enfoque nos permitió analizar las diferencias en cómo la fuerza muscular y las señales del tendón interactuaban en hombres y mujeres.

Por ejemplo, observamos que durante niveles bajos de esfuerzo muscular, las mujeres mostraban un aumento más considerable en las fibras musculares reclutadas que los hombres. Por otro lado, a niveles altos de esfuerzo muscular, los hombres mantenían un aumento más estable en comparación con las mujeres.

#Hallazgos e Implicaciones

Nuestros análisis revelaron hallazgos interesantes. Descubrimos que la relación entre la fuerza muscular y las señales del tendón no es la misma para todos y puede depender de diferencias individuales y de los tipos específicos de músculos involucrados.

Los diferentes modelos destacaron que las mujeres tendían a tener un aumento más gradual en las señales del tendón, mientras que los hombres mostraban cambios más abruptos. Estos hallazgos podrían ayudar a mejorar los programas de ejercicio adaptados a las personas según su género y composición muscular.

Entender cómo funcionan las fibras musculares y las unidades motoras puede explicar estas diferencias. Por ejemplo, las mujeres tienden a tener más fibras musculares de contracción lenta, lo que puede llevar a un patrón de reclutamiento diferente durante niveles más bajos de esfuerzo en comparación con los hombres, que podrían depender más de fibras de contracción rápida para fuerza explosiva.

#Direcciones Futuras de Investigación

De cara al futuro, queremos verificar nuestros hallazgos con estudios más detallados. Esto podría implicar incorporar más participantes, probar más puntos en el tiempo y realizar experimentos adicionales para entender mejor cómo estas señales biológicas se correlacionan con la actividad muscular.

Al continuar esta línea de investigación, esperamos desarrollar métodos efectivos para evaluar el rendimiento muscular y estrategias de rehabilitación que se puedan aplicar en situaciones reales. Esto ayudaría a terapeutas y entrenadores a crear programas personalizados para las personas que buscan mejorar su fuerza y resistencia de manera segura.

En resumen, medir la actividad muscular a través de señales biológicas de los tendones ofrece nuevos conceptos sobre cómo funcionan nuestros músculos, especialmente al considerar las diferencias de género. A medida que exploremos más este campo, el potencial para una rehabilitación mejorada y planes de ejercicio optimizados se vuelve aún más prometedor.