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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.5.2017.tde-22092017-134024
Document
Author
Full name
Eneida Yuri Suda
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Sacco, Isabel de Camargo Neves (President)
Sartor, Cristina Dallemole
Vieira, Marcus Fraga
Menegaldo, Luciano Luporini
Piemonte, Maria Elisa Pimentel
Title in Portuguese
Padrões dinâmicos de recrutamento muscular por EMG de alta densidade de diabéticos em diferentes níveis de severidade de neuropatia classificados por um modelo linguistico fuzzy
Keywords in Portuguese
Complexidade
Eletromiografia
Força muscular
Lógica fuzzy
Neuropatias diabéticas
Sample entropy
Abstract in Portuguese
Introdução: O objetivo desse estudo é obter um melhor entendimento de como o controle motor é afetado em indivíduos com polineuropatia diabética (PND). A oscilação da força e da atividade eletromiográfica (EMG) durante contrações voluntárias isométricas têm sido estudados como um modelo simplificado dos mecanismos fisiológicos que estão por trás do controle do movimento. A análise dos padrões de recrutamento muscular dos membros inferiores obtidos pela EMG de alta densidade, juntamente com a análise dos dados de força relativos às articulações do joelho e do tornozelo, sob a ótica da análise da complexidade, contribui para o entendimento dos efeitos da doença no controle dos movimentos. Além disso, analisar a complexidade da força e da atividade muscular de indivíduos diabéticos com PND levando em conta o progresso da severidade da doença, desde os estágios subclínicos aos mais avançados, irá ajudar no entendimento de como as alterações neuromusculares vão se instalando no curso da doença. As hipóteses desse estudo foram: a PND altera a complexidade motora o que se reflete em um aumento na magnitude da variabilidade e em uma diminuição da estrutura da variabilidade nos dados de força e EMG; e essas alterações pioram com a severidade da doença. Métodos: Foram avaliados 10 sujeitos controles e 38 sujeitos diabéticos, classificados como ausentes, leves, moderados ou graves, em relação ao nível da PND, por um sistema de tomada de decisão fuzzy cujas variáveis de entrada são clínicas. Foi adquirido o sinal EMG de alta densidade (matriz de 64 eletrodos) dos músculos tibial anterior, gastrocnêmio medial, vasto lateral e bíceps femoral durante a contração isométrica a 10%, 20% e 30% da contração voluntária máxima. Simultaneamente, foi adquirido o sinal da força isométrica durante a flexão e extensão de joelho e tornozelo. Foram calculados o desvio padrão e a sample entropy da força, e o root mean square e a sample entropy do EMG. As diferenças entre os grupos para as variáveis obtidas da força e do EMG foram verificadas através de análises multivariadas (alfa=0,05). Resultados: No geral, durante a flexão de tornozelo, sujeitos moderados e graves apresentaram um maior desvio padrão da força, e sujeitos moderados apresentaram menor sample entropy da força. Durante a extensão de tornozelo, os sujeitos moderados apresentaram maior desvio padrão da força e todos os grupos diabéticos apresentaram menor sample entropy da força. Durante a extensão do joelho, os sujeitos moderados apresentaram um maior desvio padrão e uma menor sample entropy da força. O tibial anterior apresentou um maior root mean square no grupo ausente e uma menor sample entropy nos sujeitos leves. O gastrocnêmio medial apresentou maior sample entropy nos sujeitos moderados e graves. Os sujeitos graves apresentaram menor sample entropy no vasto lateral em todos os níveis de força estudados. Conclusões: A PND afeta a complexidade do sistema neuromuscular durante contrações isométricas de baixa intensidade, reduzindo a capacidade do sistema de se adaptar às demandas mecânicas desafiadoras. Os padrões de complexidade neuromuscular observados não estavam associados à gravidade da doença, com a maioria das alterações sendo observadas no grupo moderado
Title in English
Dynamic patterns of muscular recruitment obtained by high-density EMG from diabetic subjects with different neuropathy degrees classified by a fuzzy-linguistic model
Keywords in English
Complexity
Diabetic neuropathies
Electromyography
Fuzzy logic
Muscle strength, Sample entropy
Abstract in English
Introduction: The general proposal of this study is to get a better understanding on how motor control is affected in diabetic polyneuropathy (DPN) individuals. Fluctuations of the force and sEMG signal during isometric voluntary contractions have been studied as a simplified model of the physiological mechanism that underlies the control of movement. The analysis of the muscular recruitment patterns from lower limbs, obtained by high-density sEMG, together with the corresponding force signal outputs from knee and ankle joints, in the light of complexity analysis, adds to the knowledge of the disease effects in motor control. Additionally, examining the complexity of force and muscle activity of DPN individuals, along with the development of DPN from subclinical to the more severe stages, will help us understanding how the alterations will develop with the DPN progression. The hypotheses of this study are that: DPN alters the motor complexity, expressed as an increased amount of variability and a decreased structure of variability in sEMG and force outputs, and these alterations are aggravated by the severity of the disease. Methods: We assessed 10 control subjects and 38 diabetic subjects, classified as absent, mild, moderate, or severe DPN, by a fuzzy-system based on clinical variables. Multichannel sEMG (64-electrode matrix) of tibialis anterior, gastrocnemius medialis, vastus lateralis and biceps femoris muscles were acquired during isometric contractions at 10%, 20%, and 30% of the maximum voluntary contraction, and force levels were recorded during dorsiflexion, plantarflexion, knee extension and knee flexion. Standard deviation and sample entropy of force signals were calculated and root mean square and sample entropy were calculated from sEMG signals. Differences among groups of force and sEMG variables were verified using a multivariate analysis of variance (alpha=0.05). Results: Overall, during dorsiflexion contractions, moderate and severe subjects had higher force standard deviation and moderate subjects had lower force sample entropy. During plantarflexion, moderate subjects had higher force standard deviation and all diabetic subjects had lower entropy. During knee extension moderate DPN subjects demonstrated high force standard deviation and low force sample entropy. Tibialis anterior presented higher root mean square in absent group and lower entropy in mild subjects. For gastrocnemius medialis, entropy was higher in severe and lower in moderate subjects. Severely affected participants showed low sample entropy in vastus lateralis at all force levels. Conclusions: DPN affects the complexity of the neuromuscular system during low-level isometric contractions, reducing the system's capacity to adapt to challenging mechanical demands. The observed patterns of neuromuscular complexity were not associated with disease severity, with the majority of alterations recorded in moderate subject
 
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EneidaYuriSuda.pdf (25.33 Mbytes)
Publishing Date
2017-09-26
 
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