Caracterización de actividad mioeléctrica de los músculos respiratorios durante su activación en una prueba de carga de larga duración

Abstract

[ES] La medición de la actividad respiratoria es una de las maneras más comunes para el diagnóstico de pacientes con enfermedades o problemas respiratorios. El estudio que ofrece más detalle para valorar la actividad muscular respiratoria es la electromiografía. La electromiografía es una prueba que se usa para estudiar el funcionamiento del sistema nervioso periférico y los músculos a partir de su actividad eléctrica. La actividad muscular respiratoria, está directamente relacionada con enfermedades respiratorias, por ello su estudio es de interés. Siguiendo las líneas de estudios anteriores, se puede captar señales electromiográficas mediante métodos no invasivos como la electromiografía de superficie. En la respiración el músculo más involucrado es el diafragma, no obstante, en una inspiración forzada el esternocleidomastoideo contribuye en la respiración. El objetivo principal del trabajo es el estudio de la señal electromiográfica de los músculos involucrados, así como su posterior análisis. Para la captación del registro se van a utilizar dos tipos de electrodos, bipolares y concéntricos. Los electrodos bipolares, generalmente se ven influenciados por otras fuentes bioeléctricas como puede ser la actividad cardíaca. Los electrodos concéntricos tienen una resolución espacial más alta y se ven menos influenciados por otras fuentes bioeléctricas por ello su uso para tomar medidas en músculos específicos como el diafragma a priori se supone mejor. En el presente TFG se propone la caracterización de la actividad mioeléctrica de los músculos respiratorios durante una prueba de carga, con el objetivo de detectar qué sujetos sufren fatiga, así como en qué parámetros y electrodos se puede apreciar mejor. La fatiga en los músculos respiratorios puede ser un indicativo de algunas enfermedades respiratorias, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica. La detección prematura de estas enfermedades es de vital importancia para el éxito de un posterior tratamiento. Con este objetivo, se va a realizar un análisis de señal de los músculos respiratorios en 34 sujetos con una carga del 60%, para comprobar si se puede observar la fatiga. Para ello, se va a segmentar el registro en contracciones, eliminando la actividad basal. A continuación, se van a promediar las contracciones en ventanas de 10 segundos para una mayor solidez de los datos. Para comprobar si se produce fatiga se va a analizar un total de 12 parámetros, entre ellos seis parámetros temporales, dos espectrales y cuatro no lineales. Los resultados esperados en caso de producirse fatiga serán un aumento de los parámetros temporales a través del tiempo, y una disminución de los parámetros no lineales. Además, la fatiga provoca un desplazamiento del contenido espectral hacia bajas frecuencias. Si se cumplen los resultados esperados en la mayoría de los parámetros y electrodos se puede afirmar que dicho sujeto ha sufrido fatiga durante la prueba.

[CA] El mesurament de l'activitat respiratòria és una de les maneres més comuns per al diagnòstic de pacients amb problemes respiratoris. La fatiga en els músculs respiratoris pot ser un indicatiu d'algunes malalties respiratòries, com la enfermetat pulmonar obstructiva crònica. La detecció prematura d'aquestes malalties és de vital importància per a l'èxit d'un posterior tractament. La prova més estesa per a valorar l'activitat respiratòria és l'espirometria. No obstant això, l'espirometria no ofereix una gran informació al voltant de l'activitat muscular, per a valorar l’activitat muscular es recorre a l'ús de l'electromiografia. En el present TFG s'ha realitzat un estudi comparatiu dels elèctrodes bipolars i elèctrodes concèntrics anulars per a l'avaluació de la fatiga dels músculs respiratoris. Els elèctrodes bipolars, generalment es veuen influenciats per altres fonts bioelèctrics com pot ser l'activitat cardíaca. D'altra banda, els elèctrodes concèntrics tenen una resolució espacial més alta i es veuen menys influenciats per altres fonts bioelèctrics per això el seu ús en músculs específics com el diafragma se suposa millor. Per a l'anàlisi de la fatiga s'ha realitzat una prova a trenta subjectes amb una càrrega del 60% respecte a la prova inspiratòria màxima. Per a cada subjecte s'han utilitzat un total de sis canals, quatre que capten el senyal diafragmàtica, dels quals dos són concèntrics i dos bipolars i dos al esternoclidomastoïdal, dels quals un és concèntric i un altre bipolar. Per al posterior anàlisi s'ha segmentat el registre en contraccions i s'ha eliminat l'activitat basal. Per comprovar si s'ha produït fatiga s'han analitzat un total de 12 paràmetres, entre ells sis paràmetres temporals, dos espectrals i quatre no lineals. En els paràmetres temporals es pot comprovar que s'ha produït fatiga si els paràmetres augmenten en el temps. D'altra banda, els paràmetres no lineals tendeixen a disminuir en el temps si es produeix fatiga. En els paràmetres espectrals, la freqüència tendeix a disminuir i el Spectral Moment Ratio a augmentar si es produeix fatiga. A partir de les tendències dels paràmetres indicats anteriorment s'ha procedit a realitzar diferents comparatives com comparatives entre els canals, entre les diferents configuracions d'elèctrodes, la lateralitat o el múscul respiratori.

[EN] The measurement of respiratory activity is one of the most common ways to diagnose patients with respiratory diseases or problems. The study that provides more detail to assess activity of respiratory muscles is electromyography. Electromyography is a test used to study the functioning of the peripheral nervous system and muscles based on their electrical activity. The activity of respiratory muscles is directly related to respiratory diseases, this is why its study is of interest. Following the lines of previous studies, electromyographic signals can be captured by non-invasive methods such as surface electromyography. The most involved muscle in breathing is the diaphragm. However, in a forced inspiration the sternocleidomastoid contributes to respiration. The main purpose of this project is the study of the electromyographic signal of the muscles involved, as well as its subsequent analysis. Two types of electrodes, bipolar and concentric, will be used to the recording. Bipolar electrodes are generally influenced by other bioelectrical sources such as cardiac activity. Concentric electrodes have a higher spatial resolution and are less influenced by other bioelectric sources, therefore using them to take measurements in specific muscles such as the diaphragm is beforehand better supposed. In this final project, the characterization of the myoelectric activity of the respiratory muscles during a load test is proposed, with the aim of detecting which subjects suffer fatigue, as well as in which parameters and electrodes can be best appreciated. Fatigue in the respiratory muscles may be indicative of some respiratory diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease. The premature detection of these diseases is of vital importance for the success of a subsequent treatment. For this purpose, a signal analysis of the respiratory muscles will be carried out in 34 subjects with a load of 60% to check if fatigue can be observed. To do this, the record will be segmented into contractions, eliminating basal activity. The contractions are then averaged over 10-second windows to obtain more accuracy data. To check if fatigue occurs, a total of 12 parameters will be analysed, including six temporal parameters, two spectral and four nonlinear. The expected results in the event of fatigue will be an increase in temporal parameters over time, and a decrease in nonlinear parameters. In addition, fatigue causes a shift of the spectral content towards low frequencies. If the expected results are met in most of the parameters and electrodes, it may be affirmed that said subject has suffered fatigue during the test.