EMG. TODO LO QUE NECESITAS SABER

La electromiografía superficial (sEMG), es una herramienta de investigación muy común en las ciencias del ejercicio, que se utiliza para investigar el comportamiento neuromuscular. La sEMG detecta la despolarización y la hiperpolarización (incremento y decremento del voltaje respectivamente), que ocurre en el sarcolema (membrana de la fibra muscular). Estos cambios en la polarización son necesarios para la contracción muscular.

Normalmente, con la EMG los estudios suelen sacar conclusiones relacionadas con las respuestas agudas, mecánicas y en ocasiones, se suelen predecir cambios longitudinales. Estos cambios longitudinales suelen estar asociados principalmente con la fuerza y la hipertrofia; a veces, se suele asumir que una mayor respuesta sEMG está relacionada con mayores ganancias de hipertrofia.

Pero la realidad es bastante distinta, y es que la sEMG tiene una naturaleza complicada, y hay falta de trabajos longitudinales que avalen las conclusiones a largo plazo que muchas veces se suelen sacar.

Por consiguiente, utilizando como base una revisión muy reciente de Vigotsky, Halperin, Lehman, Trajano y Vieira (2017), se aclararán conceptos relacionados con la contracción muscular y la sEMG, así como las limitaciones y los posibles usos de la sEMG

Términos

  • Excitación neural: Entrada electroquímica desde el sistema nervioso central a una alfa-motoneurona que despolariza todas las fibras musculares que están inervadas (Zatsirosky & Prilutsky, 2012)
  • Excitación muscular: Despolarización del sarcolema que se da después de la excitación neural (acción potencial de la fibra muscular), siendo el paso previo a la activación muscular
  • Dinámica de activación: Eventos relacionados con los puentes cruzados de actina y miosina. También se conoce como el acoplamiento de excitación-contracción (Zatsirosku & Prilutsky, 2012). Estos eventos están afectados por los pasos previos (nivel de excitación), y afectarán a los pasos siguientes
  • Activación muscular: El estado de activación de un músculo. El rango se mueve del 0% (todas las fibras inactivas), al 100% (todas las fibras activas) (Zatsirosku & Prilutsky, 2012).
  • Dinámica de contracción muscular: En este punto se tienen en cuenta la longitud del músculo y velocidad de acortamiento
  • Fuerza muscular: Relacionado con la longitud y la velocidad de acortamiento, finalmente se consiguen valores determinados de fuerza.

Imagen 1: Producción de fuerza desde la excitación neural (Vigotsky et al., 2017)

Conclusiones erróneas sobre la sEMG

Los resultados longitudinales son las medidas más aplicables a las diferentes modalidades deportivas, pero es bastante difícil sacar conclusiones de lo que sucederá a largo plazo teniendo datos de respuestas agudas (Halpering, Vigotsky, Foster & Pyne, 2017).  Hay un término interesante que se explica en el trabajo de Halpering y cols. (2017), que es “puntos finales secundarios” (Surrogate endpoints). Este concepto se refiere a la utilización de algunas variables para explicar otras variables que tardarán en suceder más tiempo; algunas que puedan tardar meses y/o año, como, por ejemplo, la hipertrofia y la fuerza.

Un ejemplo claro de un punto final secundario, sería la utilización de la sEMG para explicar las ganancias de fuerza y/o hipertrofia a largo plazo. A continuación, se hablará de la posible relación entre la sEMG y la fuerza/hipertrofia.

Hipertrofia y sEMG

Antes de empezar, es importante aclarar que no existen estudios longitudinales que sugieran que la sEMG pueda predecir ganancias a largo plazo (Halperin et al., 2017).

Lo que se sugiere, es que el máximo reclutamiento de UMs, es uno de los puntos más importantes para la hipertrofia (Dankel et al., 2017), una variable que podría medirse con la señal sEMG. Desde un punto de vista mecánico, la relación que puede haber entre la sEMG y la hipertrofia, pasaría por un aumento en la excitación muscular y la síntesis proteica muscular (MPS).

Con este último punto, lo que se quiere decir es que una mayor amplitud sEMG puede darse porque ha habido una mayor excitación muscular, que finalmente implicaría un aumento de la MPS. El problema es que, el aumento agudo de la MPS, no se relaciona con ganancias de masa muscular a largo plazo (Mitchell et al., 2014). Aun así, tampoco hay estudios rigurosos que confirmen una correlación real entre la amplitud sEMG y la MPS.

Por otro lado, la excitación muscular no es una variable independiente que indique el grado de hipertrofia que se pueda conseguir, de hecho, en trabajos recientes (Simpson et al., 2017) se ha visto que puede existir cierto grado de hipertrofia sin necesidad de excitación (en este caso se aplica tensión mecánica a un músculo sin excitar).

De igual manera, pero en relación con la activación muscular, hay trabajos que ven mayores ganancias de hipertrofia en situaciones de menor activación muscular (Noorkoiv et al., 2014).  Lo que muestra, que estas variables de manera independiente no explican la hipertrofia, y, por tanto, utilizar la sEMG como instrumento de medición de la hipertrofia puede ser un error.

Esto no quiere decir que la relación entre la sEMG y la hipertrofia sea inexistente, pero sí es verdad, que no es directa. Por ejemplo, hay trabajos que comparan 2 tipos de ejercicios de forma longitudinal para medir el crecimiento del recto femoral; y coincide con que el ejercicio que más ganancias genera, es aquel que después mayores valores sEMG presenta (Ema, Sakaguchi, Akagi & Kawakami, 2016; Fonseca et al., 2014). Esto quiere decir, que las conclusiones que se sacan son relacionando resultados de estudios diferentes. Por tanto, vemos que todavía falta mucho estudio en este campo.

Reclutamiento de UMs y frecuencia de impulso

En la UM es donde se convierte el potencial de acción eferente en fuerza. La UM está formada por una motoneurona y las fibras musculares que están inervadas en ella. Hay dos mecanismos principales por los que un músculo puede producir más fuerza:

  1. Reclutamiento de unidades motoras: más UMs se utilizan en la tarea
  2. Frecuencia de impulso: Las UMs que están reclutadas, “disparan” impulsos a mayor velocidad

Es importante comentar que el nivel de reclutamiento y la frecuencia de impulso variará dependiendo del grupo muscular. Para complicar más las cosas, la sEMG no distingue entre el reclutamiento y la frecuencia de impulso.

Es más, los músculos pueden reclutar sus UMs de dos maneras diferentes:

  • De profundo a superficial
  • De superficial a profundo

Este hecho, cambia los resultados que nos muestra la sEMG. Así, asumiendo que la frecuencia de impulso es la misma, un patrón de reclutamiento profundo-superficial para mostrar una amplitud sEMG similar que un patrón de reclutamiento superficial-pofundo, la fuerza que se tiene que generar es mayor. Para que quede más claro:

  • Superficial-Profundo ⇒ sEMG (%MVIC) > Fuerza (%MVIC)
  • Profundo-Superficial ⇒ sEMG (%MVIC) < Fuerza (%MVIC)

Imagen 2: Patrones de reclutamiento y su efecto en la sEMG (Vigotsky et al., 2017)

Normalmente estos patrones de reclutamiento dependen del grupo muscular. Lo que hará que una comparación entre diferentes músculos pueda ser complicado.

Así pues, si no podemos distinguir el reclutamiento de la frecuencia de impulso, puede darse el caso de que haya un mismo reclutamiento de UMs, con diferentes cargas y diferentes amplitudes de sEMG, simplemente variando la frecuencia de impulso (Potvin & Fuglevand, 2017). No solo esto, sino que un cambio en los iones intra- y extracelulares, puede afectar a la amplitud sEMG.

Por lo tanto, sería interesante que se pudieran realizar mediciones más sofisticadas, como por ejemplo utilizando EMG de alta intensidad (HD). Hasta entonces, los investigadores tendrán que sacar sus propias conclusiones.

Activación muscular

La activación muscular se refiere al estado muscular, y está relacionado con la magnitud de fuerza que puede generar un músculo de manera activa (eliminando los componentes pasivos).

Aunque la activación esté relacionada con la fuerza, estos dos conceptos no siempre van unidos:

  • La activación no tiene en cuenta la fuerza que se puede generar por el componente pasivo
  • La activación se utiliza como una escala de factores que relaciona, por un lado, la fuerza activa, y la fuerza activa potencial en un punto de la longitud muscular y velocidad
  •  La activación no se ve afectada por la longitud y velocidad de acortamiento muscular, y la fuerza, sí.

En resumen, la activación está relacionada con el número de fibras que están activas, y no la capacidad de generar fuerza que tienen estas fibras. A continuación, se muestra una imagen donde se ve claro:

Imagen 3: Relación entre fuerza, longitud de la fibra y diferentes niveles de activación (Vigotsky et al., 2017).

Producción de fuerza

El reclutamiento de UMs y la frecuencia de impulso, son dos puntos precursores a la generación de fuerza activa (Staudenmann, Roeleveld, Stegeman & Van Die, 2010). Entonces, es muy atractivo decir que, si la amplitud sEMG aumenta, la fuerza que está generando ese músculo es mayor. Pero esto tiene varios inconvenientes

  • Se ignora la curva de relación fuerza pasiva-longitud
  • Cuando se considera la curva fuerza-activa longitud, en diferentes longitudes musculares, se pueden conseguir niveles similares de fuerza, con diferentes niveles de activación (podemos verlo en la imagen 3)

Estos dos puntos serían los más comunes, pero si se tienen en cuenta todos los factores a nivel neuromuscular, hay unas cuantas variables que pueden distorsionar los datos que nos proporciona la sEMG.

Viendo todo esto, seguro que surge una pregunta

¿Qué aplicabilidad se le puede dar al sEMG?

Como hemos visto, la sEMG puede generar algunos problemas relacionados con la identificación de lo que se está midiendo. Faltan estudios longitudinales, lo que hace que todavía queden preguntas por contestar. Los autores de la última revisión lanzan las siguientes preguntas (Vigotsky et al., 2017):

  • ¿Puede ser la sEMG predictiva de fuerza e hipertrofia?
  • ¿Es un mejor predictor para la fuerza o la hipertrofia?
  • ¿Cuánto de generalizables son los resultados?
  • ¿Se deberían aplicar nuevas tecnologías?

Finalmente, el punto que tiene que quedar claro, es que la sEMG no se puede utilizar para predecir ni las ganancias de fuerza, ni las ganancias de hipertrofia, ya que estamos hablando de dos conceptos multifactoriales. Así que, por muchas respuestas que se respondan, la sEMG será una herramienta más que podría arrojar algo de luz en un entorno multifactorial.

Consideraciones a tener en cuenta

  • Otros factores además del esfuerzo muscular afectan la señal mioeléctrica; como, por ejemplo, la longitud muscular, velocidad de contracción, modo de contracción. Hacer una comparación entre diferentes ejercicios sin tener en cuenta estas variables, se debería evitar
  • Si tenemos en cuenta todas las variables mencionadas, la sEMG podría representar una parte de “la fuerza” que puede generar un músculo determinado. Aun así, hay que ir con mucha precaución y no se pueden sacar conclusiones relacionadas con las ganancias de fuerza y/o hipertrofia a largo plazo.
  • Comparar respuestas sEMG entre individuos con y sin dolor es complicado. Ya que, los patrones de activación muscular se pueden ver muy alterados. De la misma manera, no todos los sujetos son capaces de realizar activaciones selectivas (falta de experiencia, conciencia corporal... etc).
  • Uno de los modos de utilidad más efectivos de la sEMG, sería comparar en un mismo sujeto y misma zona muscular, pero con diferentes ejercicios. Hay que tener precaución, colocar los electrodos en el mismo sitio (sin variar ningún milímetro en la posición).

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  • Dankel, S. J., Mattocks, K. T., Jessee, M. B., Buckner, S. L., Mouser, J. G., & Loenneke, J. P. (2017). Do metabolites that are produced during resistance exercise enhance muscle hypertrophy?. European Journal of Applied Physiology, 1-11.
  • Ema, R., Sakaguchi, M., Akagi, R., & Kawakami, Y. (2016). Unique activation of the quadriceps femoris during single-and multi-joint exercises. European journal of applied physiology116(5), 1031-1041
  • Fonseca, R. M., Roschel, H., Tricoli, V., de Souza, E. O., Wilson, J. M., Laurentino, G. C., ... & Ugrinowitsch, C. (2014). Changes in exercises are more effective than in loading schemes to improve muscle strength. The Journal of Strength & Conditioning Research28(11), 3085-3092
  • Halperin, I., Vigotsky, A. D., Foster, C., & Pyne, D. B. (2017). Strengthening the Practice of Exercise and Sport Science. International Journal of Sports Physiology and Performance, 1-26.
  • Mitchell, C. J., Churchward-Venne, T. A., Parise, G., Bellamy, L., Baker, S. K., Smith, K., ... & Phillips, S. M. (2014). Acute post-exercise myofibrillar protein synthesis is not correlated with resistance training-induced muscle hypertrophy in young men. PloS one9(2)
  • Potvin, J. R., & Fuglevand, A. J. (2017). A motor-unit based model of muscle fatigue. PLOS Computational Biology13(6), e1005581.
  • Simpson, C. L., Kim, B. D. H., Bourcet, M. R., Jones, G. R., & Jakobi, J. M. (2017). Stretch training induces unequal adaptation in muscle fascicles and thickness in medial and lateral gastrocnemii. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports
  • Staudenmann, D., Roeleveld, K., Stegeman, D. F., & Van Dieën, J. H. (2010). Methodological aspects of SEMG recordings for force estimation–a tutorial and review. Journal of electromyography and kinesiology20(3), 375-387.
  • Vigotsky, A., Halperin, I., Lehman, G., Trajano, G., & Vieira, T. M. (2017). Interpreting surface electromyography studies in sports and rehabilitation sciences.
  • Zatsiorsky, V., & Prilutsky, B. (2012). Biomechanics of skeletal muscles. Human Kinetics.

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