EMG superficiale per sport performance con Arduino M0 Pro

EMG con Arduino M0 Pro

In quest’ articolo verrà impiegata la sEMG per studiare la risposta muscolare degli arti superiori al sollevamento di pesi calibrati. Sarà messa in evidenza la differenza che esiste tra il braccio di destra e quello di sinistra. Per acquisire i dati, sarà utilizzata la board Arduino M0 Pro, che grazie alla sua potenza di calcolo permetterà l’elaborazione dei dati in tempo reale per poi essere graficati su Pc.

 Introduzione

L’Elettromiografia Superficiale (SEMG) è una tecnica che misura l’attività elettrica durante la contrazione dei muscoli. Opera in maniera simile all’elettrocardiogramma che invece misura l’attività del cuore. L’esame è indolore. E’ totalmente non invasivo e non causa irritazioni. È assolutamente sicuro per bambini e neonati, donne incinte e persone anziane.

L’analisi elettromiografica rappresenta la manifestazione elettrica della contrazione muscolare. Se sulla superficie della cute vengono applicati due elettrodi bipolari è possibile osservare durante la contrazione muscolare una variazione della distribuzione di potenziale. Registrando questa variazione si ottiene un segnale indicativo dell’attività muscolare in funzione del movimento effettuato. L’utilizzo di elettrodi di superficie semplifica sensibilmente le operazioni di prelievo del segnale e, unitamente alla non-invasività della tecnica, rende possibile l’effettuazione di registrazioni sia in condizioni di contrazione isometrica sia in sforzo dinamico, ad esempio durante l’esecuzione di esercizi o gesti funzionali (1).

Concetti base

Il muscolo è un organo costituito da tessuto muscolare con proprietà contrattili. Ci sono diversi tipi di muscoli, distinti in base alle proprietà del tipo di tessuto muscolare che lo costituisce, quello che prenderemo in considerazione appartiene alla categoria dei muscoli striati scheletrici.

Questo tipo di muscoli è costituito da unità di fibre muscolari di forma allungata, detti sarcomeri, che si contraggono in seguito agli impulsi nervosi inviati dai motoneuroni.

La contrazione muscolare si può dividere in tre fasi principali:

Contrazione;

Rilassamento;

Fase latente.

La contrazione avviene quando uno stimolo elettrico, proveniente dai motoneuroni, arriva ai bottoni sinaptici, i quali liberano il neurotrasmettitore acetilcolina che apre i canali del sodio e depolarizza la membrana plasmatica delle fibre muscolari. Questa prima depolarizzazione dà origine ad un potenziale d'azione di 70mV che, propagandosi lungo la fibra, permette la diffusione di ioni calcio e quindi l'unione di actina e miosina con una precisione di 45°.

Nella fase di rilassamento il procedimento è sostanzialmente eseguito al contrario. Ciò che varia sono i neurotrasmettitori coinvolti, specifici nell'inibire il rilascio di acetilcolina.

La fase latente è la fase successiva allo stimolo in cui il muscolo deve riadattarsi al potenziale di origine. In questa fase, le fibre muscolari non sono in grado di ricevere un nuovo stimolo se non un nuovo impulso che non sia superiore a quello ricevuto precedentemente. In alcuni casi, il muscolo è sottoposto anche ad un periodo refrattario durante il quale le fibre muscolari non sono in grado di rispondere a nessun tipo di stimolo, anche di forte entità (2).

La fase di contrazione può essere monitorata tramite tracciato EMG (elettromiogramma). L'elettromiografia misura i potenziali d'azione che si generano durante la contrazione volontaria di un muscolo. Questo esame viene effettuato normalmente grazie all'uso di elettrodi superficiali che amplificano e registrano l'impulso nervoso.

Essendo depolarizzazioni della membrana cellulare, un singolo potenziale d'azione corrisponde, nel caso dell'uso di elettrodi interni, all'attività di una singola unità motoria (un'unica fibra muscolare collegata ad una terminazione nervosa) oppure, nel caso di elettrodi superficiali, ad un gruppo di unità motorie, come nel nostro caso.

Dalla letteratura, emerge che il segnale mioelettrico per essere comprensibile, deve essere opportunamente elaborato, in particolare filtrato , raddrizzato e calcolato il valore RMS (valore quadratico medio) nel dominio del tempo; mentre nel dominio della frequenza si deve calcolare lo spettro in frequenza, la frequenza media e la frequenza mediana.

Architettura del Sistema

Il sistema è composto di un’ unità di controllo ed elaborazione costituita da Arduino M0 Pro, la quale campiona il segnale amplificato e filtrato da un circuito di condizionamento, effettua delle elaborazioni numeriche per poi inviare i dati [...]

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7 Commenti

  1. Emanuele Bonanni Emanuele 18 novembre 2015
  2. dibarimarco dibarimarco 18 novembre 2015
    • Domenico Canepa Domenico Canepa 18 novembre 2015
  3. Orazio Aiello 5 gennaio 2016
  4. Domenico Canepa Domenico Canepa 5 gennaio 2016
  5. Lorenzo Icioi 26 giugno 2016
  6. Domenico Canepa Domenico Canepa 27 giugno 2016

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