TRABAJO PRÁCTICO INTEGRADOR Esta práctica tiene como fin integrar los conocimientos adquiridos en las asignaturas de Biología, Informática II y Electrotecnia mediante una actividad conjunta. El objetivo de esta práctica es registrar señales electromiográficas (EMG) de superficie sobre un par de músculos (por ejemplo bíceps y tríceps), visualizar la señal en el osciloscopio y procesarla para establecer la relación entre fuerza muscular desarrollada y amplitud de la señal. GRUPOS Y FECHAS Se realizarán dos comisiones de 15 a 20 alumnos cada una. Dentro de cada comisión los alumnos se agruparán de tres (es importante que en cada grupo al menos un estudiante haya cursado cada una de las materias involucradas). Lunes 31/10: PRÁCTICA INTEGRADORA. Laboratorio de Biología: Comisión 1: 8:00 a 9:00hs Comisión 2: 9:00 a 10:00 hs Lunes 7/11: PRESENTAR INFORME ESCRITO DE LA PRÁCTICA Informe escrito detallando la experimentación, resultados del procesamiento, códigos usados y conclusiones. Presentar a Bioing. Natalia López, Gabinete de Tecnología Médica. Consultas: Lunes 16:00 a 18:00
INTRODUCCIÓN Para comprender la señal EMG es necesario conocer la morfología y funcionamiento de los músculos y la manera en que generan el potencial eléctrico, además del gran número de factores y fenómenos que se reflejan en dicha señal. El sistema motor humano satisface las demandas de movilidad, postura y fuerza requeridos por el organismo a través de sus músculos esqueléticos. Un músculo esquelético está integrado por cientos de fibras cuyo diámetro oscila entre 10 y 80 um, donde cada una constituye una célula única, multinucleada, larga y cilíndrica, compuesta a su vez por unidades más pequeñas. Estas unidades subcelulares son las responsables de los mecanismos moleculares de la contracción y de la propagación de los potenciales eléctricos. Otro componente anatómico necesario para la contracción muscular es el nervio, quien transmite el impulso determinado por el Sistema Nervioso Central (SNC). El SNC actúa en forma jerárquica, programando el movimiento en la corteza premotora, el cerebelo y ganglios basales, para converger a la corteza motora primaria. De allí se transmite el impulso nervioso a la médula espinal y de allí mediante una neurona (α-motoneurona) que conecta con el músculo esquelético a través de la placa motora. Los axones de las motoneuronas que inervan al músculo esquelético se ramifican para inervar cada uno a varias fibras musculares, por lo tanto la cantidad más pequeña de músculo que puede contraerse en respuesta a la excitación de una neurona es un conjunto de fibras. Cada motoneurona en particular, con las fibras que ella inerva constituyen una Unidad Motora. Para que esto ocurra la neurona motora conduce el potencial de acción y en la terminación (neurona pre-sináptica) se libera el neurotransmisor (acetilcolina) que luego se recoge por las placas motoras e interacciona produciendo un potencial en placa. Si la despolarización de la membrana celular alcanza el punto crítico de disparo se generará un potencial de acción. Éste viaja por las fibras musculares esqueléticas y mediante el sistema reticular del retículo sarcoplásmico se libera calcio que interacciona con las proteínas contráctiles del músculo (actina y miosina) y se produce un acortamiento de los extremos terminales, lo que supondrá la contracción muscular. Este mecanismo es la unidad mínima funcional de la contracción muscular y se conoce como sacudida muscular. Cientos de estas secuencias se repiten para lograr la contracción del músculo. Con actividad voluntaria mínima se descargan unas pocas unidades motoras y a medida que el esfuerzo voluntario es creciente entran más unidades motoras en juego. A este proceso se le llama reclutamiento de unidades motoras y es el responsable de una parte de la graduación de la respuesta muscular. Por otro lado la frecuencia de descarga en las fibras nerviosas individuales también suma su efecto, ya que a más esfuerzo muscular más frecuencia de descarga. Por último, las unidades motoras disparan de manera asincrónica, tanto espacial como temporalmente, lo que hace que las respuestas individuales se fundan en una contracción suave del músculo en su totalidad. Durante cualquier contracción muscular voluntaria un número suficientemente grande de unidades motoras se contraen (generalmente en forma asincrónica) y se observa en la superficie un patrón aleatorio de interferencia eléctrica. Estudiado en conjunto, sin descomponer en potenciales de acción individuales, la magnitud total de la actividad
eléctrica superficial es un indicador de la actividad muscular y por consiguiente del esfuerzo, parámetro conocido como amplitud del EMG. De esta forma, en la superficie de la piel se genera una señal aleatoria de bajo nivel. La amplitud de la señal puede variar de 0 a 5 mv pico a pico y el espectro útil de la señal va de 10 a 500 Hz, con un rango dominante entre 50-150 Hz. Materiales: Placa de adquisición de señales EMG: Circuito amplificador diferencial alimentado con baterías. Proporcionado por el equipo docente Osciloscopio digital con salida USB. Verificar funcionamiento con batería o replanteo de la placa para aislación o transmisión inalámbrica. Proporcionado por el equipo docente Cada comisión debe llevar 2 botellas de plástico de 500cc de capacidad, rellenas con agua, y arena seca respectivamente y una de 750cc rellena de arena mojada. Algodón y alcohol. Proporcionado por el equipo docente Electrodos descartables. Proporcionado por el equipo docente Pen drive para almacenar los datos. Procedimiento: 1. El alumno voluntario se ubica sentado en posición cómoda, con la piel del brazo descubierta. La zona de colocación de los electrodos se limpia con un algodón humedecido con alcohol para remover impurezas. 2. Se colocan electrodos descartables en la dirección de las fibras del músculo, un par de electrodos por cada músculo, conservando una distancia de 2cm entre los
centros de los mismos. El electrodo de tierra o referencia debe colocarse en un sitio alejado o una saliente ósea. 3. Se conecta la placa de adquisición de señales al osciloscopio, respetando las condiciones de seguridad eléctrica previamente explicadas en clase de electrotecnia. 4. Se registra una señal sin actividad muscular, la que llamaremos señal en reposo 5. Con las botellas rellenas de agua el voluntario debe realizar 5 flexiones repetidas partiendo de 90, registrando la señal que se llamará fza1. 6. Repetir con los tres elementos de peso con la misma nomenclatura (fza2; fza3) 7. Observar las señales en el osciloscopio, realizando la primera conclusión cualitativa que responde a las siguientes preguntas: Cómo son las señales en amplitud? Pudo diferenciar entre reposo y movimiento en las 5 repeticiones? 8. Procesamiento de las señales en clase de Informática: a. Rectificar la señal elevándola al cuadrado (muestra a muestra) b. Dividir cada señal en segmentos de 200 muestras. c. A cada segmento se le calcula el valor de la integral (estimación de amplitud) d. Rearmar la señal utilizando los segmentos obtenidos con la integral e. Calcular valores máximo y promedio de la señal.
9. Resultados: a. Cómo son los valores máximo y promedio en cada señal? b. Se relacionan estos valores con la fuerza muscular y el peso del ejercicio? c. Elaborar una tabla de doble entrada con los pesos y estos valores para evaluar la relación d. Graficar (eje x:peso; eje y: valor máximo señal, promedio) e. Es esta relación lineal? 10. Conclusiones y elaboración del informe El informe debe respetar esta guía orientativa, responder las preguntas sugeridas y presentar los códigos desarrollados (ya sea textual o en diagrama de flujo). Se presenta por escrito en la fecha indicada. Las conclusiones son grupales acerca de lo aprendido en esta práctica como también de la utilidad de la misma. Evaluación: La práctica es obligatoria y será evaluada con escala numérica ya que participa de las condiciones de promoción de las materias involucradas.