Nuovo metodo per misurare l'attività muscolare usando segnali dei tendini

Misurare come funzionano i nostri muscoli è davvero importante, soprattutto in aree come la riabilitazione e l'allenamento. Sapendo quanto è attivo un muscolo, possiamo modificare la difficoltà degli esercizi e creare programmi di allenamento migliori. Gli studi hanno dimostrato che gestire l'attività muscolare può aiutare notevolmente le persone a costruire muscoli, diventare più forti e migliorare la loro resistenza. Queste informazioni hanno anche portato allo sviluppo di strumenti progettati per rendere riabilitazione ed esercizi più efficienti.

Tradizionalmente, ci sono stati due metodi principali per misurare l'attività muscolare: l'elettromiografia (EMG) e la meccanomiografia (MMG). Tuttavia, questi metodi presentano i loro problemi. Prima di tutto, richiedono conoscenze e competenze specializzate per essere impostati e utilizzati. Ad esempio, posizionare elettrodi o microfoni sui muscoli in modo corretto richiede formazione, rendendo difficile per le persone comuni misurare l'attività muscolare a casa. In secondo luogo, l'attrezzatura deve essere attaccata alla pelle, il che può portare a problemi come il distacco a causa del sudore o l'attrito con i vestiti, rendendo il monitoraggio a lungo termine complicato.

#Un Nuovo Approccio alla Misurazione dell'Attività Muscolare

Per affrontare queste sfide, abbiamo esaminato i segnali biologici dai tendini invece che dai muscoli. Quando i muscoli si contraggono, inviano segnali che possono essere rilevati nei tendini. Concentrandoci su questi segnali tendinei, possiamo misurare l'attività muscolare senza la complessità necessaria per EMG o MMG. C'è un termine specifico per i segnali inviati dai tendini: meccanotendografia (MTG). Catturando questi segnali tendinei, possiamo superare le sfide poste da EMG e MMG.

I tendini sono più facili da raggiungere poiché di solito si trovano vicino alla superficie della pelle. Questo consente a chiunque di posizionare sensori su di essi senza avere competenze speciali. Inoltre, i tendini si trovano spesso ai margini dei vestiti, riducendo le preoccupazioni riguardo all'interferenza dei vestiti. L'area tra tendini e pelle ha anche meno grasso, il che aiuta a mantenere segnali forti anche con un contatto minimo.

Ci siamo concentrati sul Tendine di Achille e abbiamo creato un dispositivo in grado di misurare la sua attività. Il tendine di Achille si collega a diversi muscoli del polpaccio, il che significa che potevamo catturare segnali forti. Il nostro dispositivo utilizza un sensore speciale che rileva questi segnali. In test precedenti, abbiamo osservato che i segnali dal tendine aumentavano con l'aumento della forza muscolare. Tuttavia, avevamo ancora bisogno di capire esattamente come cambiavano i segnali al variare della forza muscolare.

#Obiettivi della Ricerca

La nostra ricerca mirava a raggiungere due obiettivi principali. Il primo obiettivo era esaminare come i segnali tendinei si correlano a diversi livelli di forza muscolare attraverso metodi statistici. Il secondo obiettivo era sviluppare una teoria solida su come questi segnali tendinei vengono generati in base alle nostre scoperte e alla conoscenza esistente sulla fisiologia.

Per raggiungere questi obiettivi, abbiamo raccolto dati da 62 partecipanti. Ogni partecipante ha eseguito una serie di esercizi progettati per testare diversi livelli di forza muscolare. Abbiamo tracciato i segnali dai sensori attaccati al loro tendine di Achille. Abbiamo analizzato questi dati in modo da poter vedere come ogni individuo rispondeva in cinque diversi momenti.

#Partecipanti allo Studio e Set-Up

Abbiamo studiato un totale di 62 persone sane di età compresa tra 21 e 58 anni. Prima di iniziare, tutti i partecipanti hanno firmato un modulo di consenso, e lo studio aveva le necessarie approvazioni etiche. I partecipanti dovevano soddisfare specifici criteri, come essere in grado di prendere decisioni autonomamente e comprendere lo scopo dello studio.

Abbiamo progettato il nostro sistema di acquisizione dati per catturare i segnali provenienti dal tendine di Achille in modo semplice ed efficace. Il nostro sistema incorporava un sensore a film piezoelettrico sottile, meno influenzato dal calore corporeo. Questo gli permette di rilevare piccole variazioni quando i muscoli si contraggono, il che produce vibrazioni che possono essere registrate.

I partecipanti indossavano il nostro dispositivo mentre eseguivano esercizi di flessione isometrica della caviglia. Abbiamo allestito l'ambiente con attenzione per minimizzare rumori o interruzioni, assicurandoci che i movimenti fossero fluidi e che il sistema fosse posizionato correttamente.

#Procedura di Raccolta Dati

L'esperimento aveva tre parti principali: un riscaldamento, una fase di pratica e la fase di raccolta dati vera e propria. La fase di riscaldamento ha avuto lo scopo di garantire che i partecipanti fossero fisicamente pronti e che le differenze tra di loro fossero minimizzate. Nella fase di pratica, abbiamo guidato i partecipanti attraverso il processo per assicurarci che comprendessero gli esercizi e l'impostazione.

Durante la fase di raccolta dati, i partecipanti hanno eseguito esercizi a livelli di sforzo variabile. Hanno aumentato gradualmente la forza per dieci secondi e l'hanno mantenuta per cinque secondi mentre registravamo i segnali tendinei. Ogni partecipante ha attraversato questo processo più volte per ogni livello impostato.

#Elaborazione dei Dati

Dopo aver raccolto i dati, dovevamo pulirli per assicurarci di misurare solo i segnali rilevanti. Abbiamo implementato metodi di rimozione del rumore per eliminare suoni indesiderati causati da movimenti o altri fattori. Ci siamo poi concentrati sull'identificare i punti di picco nei dati, che indicano i segnali più forti prodotti durante l'attività muscolare.

Il valore della radice quadrata media (RMS) è stato utilizzato per quantificare la forza dei segnali. Ordinando i dati, li abbiamo trasformati in una struttura longitudinale per poterli analizzare meglio.

#Analisi dei Dati

Per l'analisi, abbiamo utilizzato modelli di curva latente (LCM), che sono ottimi per esaminare dati raccolti nel tempo. Questi modelli ci hanno permesso di esaminare non solo i cambiamenti all'interno di ogni persona, ma anche le differenze tra gli individui.

Abbiamo esplorato vari tipi di modelli per trovare quello che meglio rappresentasse i dati. Abbiamo considerato fattori come quanto bene i modelli si adattassero ai dati e come spiegassero i cambiamenti nei segnali ricevuti dal tendine di Achille man mano che la forza muscolare variava.

#Diversi Modelli Esplorati

Abbiamo testato diversi modelli, come modelli lineari, quadratici e lineari a tratti. Ogni modello offre una diversa prospettiva su come i dati potrebbero comportarsi.

• LCM Lineare: Questo modello presume una relazione lineare, guardando a come i segnali cambiano nel tempo.
• LCM Quadratico: Questo modello permette relazioni più complesse, dove il tasso di cambiamento può aumentare o diminuire.
• LCM Lineare a Tratti: Questo modello tiene conto dei cambiamenti improvvisi nei dati. Ad esempio, può mostrare un punto di cambiamento netto in cui la relazione varia.

Abbiamo esaminato quanto bene questi modelli si adattassero ai dati e quale potesse descrivere al meglio la relazione tra forza muscolare e segnali tendinei.

#Differenze di Genere nell'Attività Muscolare

Sappiamo che le proprietà e le prestazioni muscolari possono differire tra uomini e donne. Pertanto, abbiamo suddiviso i nostri dati per genere per vedere come i modelli si comportavano per ciascun gruppo. Questo approccio ci ha permesso di analizzare eventuali differenze in come la forza muscolare e i segnali tendinei interagivano in maschi e femmine.

Ad esempio, abbiamo osservato che durante il basso sforzo muscolare, le donne mostrano un aumento più significativo nelle fibre muscolari reclutate rispetto agli uomini. Al contrario, ad alti livelli di sforzo muscolare, gli uomini mantenevano un aumento più costante rispetto alle donne.

#Risultati e Implicazioni

Le nostre analisi hanno rivelato intuizioni interessanti. Abbiamo scoperto che la relazione tra forza muscolare e segnali tendinei non è la stessa per tutti e può dipendere dalle differenze individuali e dai specifici tipi di muscoli coinvolti.

I diversi modelli hanno evidenziato che le donne tendevano ad avere un aumento più graduale nei segnali tendinei, mentre gli uomini mostravano cambiamenti più bruschi. Queste scoperte potrebbero contribuire a migliorare i programmi di allenamento personalizzati in base al genere e alla composizione muscolare.

Comprendere come funzionano le fibre muscolari e le unità motorie può spiegare queste differenze. Ad esempio, le donne tendono ad avere più fibre muscolari a contrazione lenta, il che può portare a un diverso schema di reclutamento durante i livelli più bassi di sforzo rispetto agli uomini, che potrebbero fare più affidamento su fibre a contrazione rapida per la forza esplosiva.

#Direzioni Future della Ricerca

Andando avanti, vogliamo verificare le nostre scoperte con studi più dettagliati. Questo potrebbe comportare l'inclusione di più partecipanti, testare più punti temporali e condurre esperimenti aggiuntivi per comprendere meglio come questi segnali biologici si correlano con l'attività muscolare.

Continuando su questa linea di ricerca, speriamo di sviluppare metodi efficaci per valutare le prestazioni muscolari e strategie di riabilitazione che possano essere applicate in situazioni reali. Questo aiuterebbe terapisti e allenatori a creare programmi personalizzati per le persone che cercano di migliorare la propria forza e resistenza in modo sicuro.

In sintesi, misurare l'attività muscolare attraverso segnali biologici dai tendini offre nuove intuizioni su come funzionano i nostri muscoli, specialmente considerando le differenze di genere. Man mano che esploriamo ulteriormente questo campo, il potenziale per migliorare la riabilitazione e ottimizzare i piani di esercizio diventa ancora più promettente.