Susanna Pykälistö, Anna Roni, Päivi Silvennoinen

EMG-Shortsit osana urheilevan ihmisen fysioterapiaa Liikepatteriston kehittäminen

Metropolia Ammattikorkeakoulu

Fysioterapeutti (AMK)

Opinnäytetyö

28.9.2017

Tiivistelmä

Tekijä(t) Otsikko Sivumäärä Aika

Susanna Pykälistö, Anna Roni, Päivi Silvennoinen EMG-Shortsit osana urheilevan ihmisen fysioterapiaa Liikepatteriston kehittäminen 18 sivua + 1 liitettä Syyskuu 2017

Tutkinto Fysioterapeutti (AMK)

Koulutusohjelma Fysioterapian tutkinto-ohjelma

Suuntautumisvaihtoehto Fysioterapia

Ohjaaja(t)

Yliopettaja Anu Valtonen Lehtori Sirpa Ahola

Elektromyografia (EMG) on jo pitkään käytössä ollut tutkimusmenetelmä, jolla voidaan mi-tata lihaksen sähköistä toimintaa. Teknologian kehittymisen myötä EMG:n ja pinta-EMG:n rinnalle on tullut älyvaatteet. Älyvaatteiden langattomuus mahdollistaa tiedon keräämisen reaaliaikaisesti ihmisen luonnollisessa harjoitusympäristössä laboratorio olosuhteiden si-jaan. EMG-shortseja käyttävät jo urheilijat ja kuntoilijat, mutta fysioterapiassa niitä ei ole vielä juurikaan käytetty. Opinnäytetyön tarkoituksena oli tehdä liikepatteristo, jonka avulla lihastasapainoa voidaan kartoittaa ja saada EMG-shortsit osaksi fysioterapiaa. Opinnäytetyö on tehty yhteistyössä Dextra urheiluklinikan kanssa. Tutkimusmenetelmänä kerättiin tietoa kirjallisuudesta ja asiantuntijahaastatteluna. Tietokan-noista kerättiin tutkimustietoa EMG:stä, pinta-EMG:stä, lihastasapainosta ja älyvaatteista. Tässä työssä keskityttiin tutkimuksiin, jotka käsittelivät etu- ja takareisien sekä pakaralihas-ten toimintaa ja lihastasapainoa sekä EMG:tä. Asiantuntijahaastattelusta kerättiin kokemus-peräistä tietoa EMG-shortsien käytöstä. Asiantuntijoina käytettiin Dextra urheiluklinikan fy-sioterapeutteja. Tuloksena syntyi viiden liikkeen liikepatteristo. Liikepatteristoon valittiin liikkeet, joiden avulla voidaan todentaa etu- ja takareisien sekä pakaralihaksen aktivaatio ja lihastasapaino. Liike-patteriston suunnittelun lähtökohtana oli, että liikkeet ovat helposti toteutettavissa ja tukevat yhteistyötahon käytössä olevaa kuntoutuskäytäntöä.

Avainsanat Elektromyografia, EMG-shortsit, Älyvaate, Lihastasapaino

Abstract

Authors Title Number of Pages Date

Susanna Pykälistö, Anna Roni, Päivi Silvennoinen EMG-shorts as part of the athletic human physiotherapy Developing the movement patterns 18 pages + 1 appendix September 2017

Degree Bachelor of Health Care

Degree Programme Physiotherapy

Specialisation option Physiotherapy

Instructors

Anu Valtonen, Principal Lecturer Sirpa Ahola, Senior Lecturer

Electromyography (EMG) is a well-known technology to measure the electric activity of the muscle. As the technology has evolved, EMG and surface EMG have been followed by in-telligent clothing. The wireless technology of the intelligent clothing enables real-time data collection in the regular training environment instead of laboratory conditions. EMG shorts have already been used by professional and leisure athletes. However, they have not been extensively used in physical rehabilitation. The aim of this thesis was to compile a set of movements which could be used in determining the muscle balance and to enable the use of EMG shorts as a part of rehabilitation. The study was performed in collaboration with Dextra Athlete Clinic. The study methods were literature search and expert interviews. Scientific data from EMG, surface EMG, muscle balance and intelligent clothing were collected from the data re-sources. The study focused on the data concerning the function of quadriceps, hamstring and gluteal muscles, muscle balance and EMG. Physiotherapists from Dextra Athlete Clinic were inter-viewed for expert opinions and empirical information about the use of EMG shorts. A set of five movements was constructed based on the research. Movements where the activation and the balance of quadriceps, hamstring and gluteal muscles could be verified were chosen to the set. The suggested movements support and are easily implemented to the current best practice of physical rehabilitation at the collaboration clinic.

Keywords Electromyography, EMG Shorts, intelligent clothing, muscle balance

1

Sisällys

1 Johdanto 2

2 Opinnäytetyön tarkoitus, tavoite ja menetelmät 4

3 Elektromyografia lihaksen aktiivisuuden tunnistamisessa 6

3.1 Lihassupistus ja motorinen yksikkö 7

3.2 EMG- signaalin periaatteet 8

3.3 Vaatteisiin kiinnitettyjen EMG-elektrodien hyödyt mittauksessa 9

4 EMG-shortsit osana fysioterapiaa 10

4.1 EMG-shortsien toiminta 10

4.2 Lihastasapaino 11

5 Liikepatteriston kehittäminen 13

6 Pohdinta 17

Lähteet 19

Liitteet

Liite 1.

2

1 Johdanto

Terveysteknologia on yksi nopeammin kasvavista vientialoista suomessa. Tarjonta ter-

veysteknologian kuluttajalaitteissa on kasvanut huimaa vauhtia viimeisen kahdenkym-

menen vuoden aikana. (Tekes 2017.) Nykyään perinteisten sykemittareiden rinnalle on

tullut aktiivisuusrannekkeet sekä älykellot. Älypuhelimille on mahdollista ladata monen-

laisia sovelluksia, jotka antavat terveysneuvoja pitkin päivää. Älypuhelinten kautta pys-

tytään purkamaan sekä tarkastelemaan useiden laitteiden keräämää dataa. Kehityksen

myötä teknologia on tuotu myös vaatteisiin. Tässä työssä perehdytään EMG-shortseihin,

joilla voidaan mitata alaraajojen lihasaktiivisuutta sekä lihastasapainoa.

Lihastasapaino on käsitteenä laaja. Sen voisi ajatella olevan unelmatilanne, jolloin ihmi-

nen on symmetrinen, mutta asia ei ole aivan niin yksinkertainen. Syntyessämme olemme

yleensä oikea- tai vasenkätisiä, joka aiheuttaa jo epäsymmetrian. Hyvä lihastasapaino

voidaan määrittää olevan kykyä käyttää omaa kehoaan ilman sen itsensä asettamia ra-

joituksia vastaan. Siihen liittyy kehonhallinta niin liikunnassa kuin arkisissa askareissa.

Hyvä lihastasapaino vaatii kudosten hyvän yhteistoiminnan sekä kyvyn reagoida virheet-

tömästi myös ulkoisiin tekijöihin. Poikkeamat ryhdissä voivat helposti muuttaa lihastyön

muotoa ja aiheuttaa niveliin liiallista kuormitusta ja tätä kautta estää lihaksia tuottamasta

voimaa parhaalla tavalla. Lihastasapainolla voidaan tarkoittaa agonisti- ja antagonistili-

hasten välistä tasapainoa. Sillä voidaan myös tarkoittaa vastakkaisten (oikean ja vasem-

man) lihasryhmien voiman eroja. (Sandström & Ahonen 2011: 341-343.) Elektromyogra-

fia on yksi tapa mitata lihaksen aktiivisuutta ja lihastasapainoa (Enoka 2007; 197).

Aiheena opinnäytetyössä oli kehittää liikepatteristo, jonka avulla voidaan kartoittaa ala-

raajojen lihastasapainoa hyödyntäen elektromyografia (EMG)–shortseja. EMG-shortsit

ovat älyvaate, jonka avulla voidaan kartoittaa lihasaktiivisuutta ja tietokoneohjelman

avulla analysoida tulokset kattavasti. EMG-shortseissa on kankaaseen ommeltuna

EMG- elektrodit, joten ne mahdollistavat tiedon keräämisen myös luonnollisessa harjoi-

tusympäristössä. EMG- elektrodit ovat asetettu mittaamaan etu- ja takareisien sekä pa-

karalihasten toimintaa. (Myontec n.d.) Älyvaatteet ovat luotettava tapa mitata lihasaktii-

visuutta. Mittaukset ovat helposti toistettavissa olevia sekä vertailukelpoisia perinteisen

pinta-EMG- mittauksen kanssa. (Finni, Hu, Kettunen, Vilavuo & Cheng 2007.)

EMG-shortsit antavat uuden näkökulman kuntoutukselle, niistä saadun reaaliaikaisen

palautteen avulla voidaan harjoitteita muuttaa yksilöllisesti ja kohdistaa harjoitteet juuri

3

oikeille lihasryhmille (Myontec n.d.). Systemaattisen kirjallisuuskatsauksen avulla selvi-

tettiin, onko EMG:n käyttö yhdistettynä perinteiseen alaraajaharjoitteluun tehokkaampaa

aivohalvauspotilailla. Kirjallisuuskatsauksessa todettiin, että EMG:stä saadun palautteen

perusteella harjoittelusta saatiin tehokkaampaa ja alaraajan toiminta parani välittömästi

terapian jälkeen. Kirjallisuuskatsauksen perusteella todettiin, että EMG:n käyttöä fysiote-

rapiassa suositellaan. (Stanton, Ada, Dean & Preston 2017.)

4

2 Opinnäytetyön tarkoitus, tavoite ja menetelmät

Työn tarkoituksena oli kehittää liikepatteristo, jolla urheilevan ihmisen lihastasapainoa

voidaan mitata EMG-shortseilla. Tässä työssä ei tehdä mittauksia eikä analysoida tulok-

sia, vaan opinnäytetyö rajattiin liikepatteriston kehittämiseen. Tulosten analysoimiseksi

mittaajan tulee olla hyvin perehtynyt asiaan ja suorittanut useita mittauksia, jotta tulosten

analysoinnista tulee luotettavaa. Tulosten analysoinnissa on tärkeää löytää olennaiset ja

merkitykselliset asiat, jotka vaikuttavat henkilön lihastasapainoon epäedullisesti.

Työn tavoitteena oli kehittää Dextran fysioterapeuteille helposti toteutettava liikepatte-

risto EMG-shortseja hyödyntäen. Heidän tavoitteena on saada EMG-shortsit osaksi ur-

heilevan ihmisen alaraajojen lihasaktiivisuuden kartoitusta, jotta voidaan suunnitella yk-

silöllinen harjoitusohjelma. EMG-shortsien avulla todennettujen lihasheikkouksien pe-

rusteella voidaan lisätä asiakkaan harjoitusohjelmaan ainoastaan tarpeelliset harjoitteet.

Aktiivisesti liikkuvalle ihmiselle ei ole tarkoituksenmukaista lisätä harjoitusmäärää vaan

integroida spesifit harjoitteet osaksi jo toteutettavaa harjoittelua.

Opinnäytetyö on tehty yhteistyössä Dextra Urheiluklinikan fysioterapeuttien kanssa, hei-

dän tarpeitaan vastaaviksi. Tekesin tekemässä haastattelussa Myontec Oy:n perustaja

Pekka Tolvanen sanoo, että heidän seuraava tavoite on saada EMG-shortsit osaksi fy-

sioterapiaa (Tekes 2017). Dextran asiakaskunta koostuu pääasiassa urheilevista ja liik-

kuvista ihmisistä. Fysioterapia urheiluklinikalla on leikkausten sekä liikuntavammojen jäl-

keistä kuntoutusta sekä vammojen ennaltaehkäisyä.

Opinnäytetyö prosessi käynnistyi joulukuussa 2016 yhteistyökumppanin tapaamisella.

Prosessin aikataulu on kuvattu kuviossa 1. Tietoa tähän kehittämistyöhön koottiin kirjal-

lisuudesta ja asiantuntijahaastatteluilla. Tietokannoista etsittiin tutkimustietoa EMG:stä,

pinta-EMG:stä, lihastasapainosta sekä älyvaatteista. Tutkimustuloksia etsittiin tieteelli-

sistä tietokannoista (esimerkiksi PubMed, Pedro). Hakusanoina käytettiin yhdistelemällä

sanoja emg, emg shorts, asymmetry, lower limb, muscle, activation, hamstring, quadri-

ceps, gluteus, squat, exercise, balance. Asiantuntijahaastattelulla kerättiin kokemuspe-

räistä tietoa EMG-shortsien käytöstä osana fysioterapeuttista kuntoutusta. Vaikka äly-

vaatteista löytyi vähän tutkimustietoa, pystyttiin työssä hyödyntämään pinta- EMG:stä

löytyvää laajaa tutkimustietoa. Liikepatteristo suunniteltiin niin, että liikkeet ovat helposti

toteutettavia ja toistettavissa olevia sekä ajallisesti fysioterapia kertaan sopivia.

5

12/2016 Projektin suunnittelu, palaveri yhteistyökumppanien kanssa

Tutkimussuunnitelman tekeminen, aikataulu sekä sopimus

Aineiston keruu

Asiantuntija haastattelut

Kevät 2017 opinnäytetyön kirjoittaminen alkaa ja jatkuu koko prosessin ajan

5/2017 EMG-shortseihin tutustuminen, liikepatteriston suunnittelu sekä testaaminen, datan tulkitseminen

6/2017 Liikepatteriston kuvaus, kuvien käsittely sekä palaveri yhteistyötahon kanssa

Opinnäytetyön esitysseminaari 20.9.2017 Opinnäytetyön palautus 28.9.2017

Kuvio 1. Opinnäytetyön prosessin kuvaus

6

3 Elektromyografia lihaksen aktiivisuuden tunnistamisessa

Elektromyografia (EMG) on tutkimusmenetelmä, jota käyttämällä voidaan arvioida lihas-

ten aktiopotentiaaleja sekä sähköistä toimintaa. Lihasten aktiopotentiaalien rekisteröin-

nillä saadaan tietoa lihaksen kuormituksesta ja motorisen hermon lihakseen tuomien ak-

tiopotentiaalien määrästä. EMG on tärkeä työväline, kun analysoidaan liikkeen häiriöitä.

Lihakset tuottavat liikettä, joten EMG on suora mittausmenetelmä lihasten aktiivisuuden

mittaamisessa. (Enoka 2008: 197.) EMG on yleisimmin käytetty tutkimusmenetelmä her-

molihassairauksien sekä erilaisten kiputilojen tutkimisessa. EMG:tä voidaan hyödyntää

fysioterapiassa liikkeiden ja lihasväsymisen tutkimisessa, puolierojen havaitsemisessa,

loukkaantumisten ennaltaehkäisyssä sekä kuntoutuksen etenemisen seuraamisessa.

(Hallet 2003: 7.) Tässä työssä on keskitytty löytämään liikkeet fysioterapian tueksi.

Tärkeimpänä EMG-mittausta suunniteltaessa on miettiä mitä mittauksella halutaan sel-

vittää ja mitä tietoa lihaksen aktiivisuudesta halutaan saada. Mittausolosuhteiden vakioi-

minen mahdollisimman pitkälle on hyvin tärkeää, jotta mittaustuloksia voidaan myöhem-

min vertailla. Vakiointi käsittää mm. nivelkulmat, liikelaajuuden, lihaksen pituuden, liike-

nopeuden, kuormituksen, lihastyömuodon, voimatason sekä toistojen määrän. (Kaura-

nen & Nurkka 2010: 307, 323-324.) Haasteita mittauksen vakioimisessa on ihmisen mit-

tasuhteet, fysioterapia kerran kesto ja laitteiden toimivuus sekä datan tulkitseminen.

EMG:n avulla voidaan tutkia lihaksen sähköistä aktiivisuutta ja hermotusta, jota ei ha-

vainnoimalla pystytä juurikaan tutkimaan. EMG on kuitenkin hyvin kapea-alainen tutki-

musmenetelmä, joka keskittyy lihaksen sähköiseen toimintaan. Ilman muita biomekaa-

nisia mittauksia esim. liikelaajuus, lihastyön muoto, liikkeen nopeus, ulkoinen kuorma,

EMG:stä ei saada juuri muuta tietoa kuin milloin lihaksessa on sähköistä toimintaa ja

milloin ei. (Kauranen & Nurkka 2010: 307, 323-324.)

EMG-tuloksia analysoidessa haetaan yleensä vastauksia kysymyksiin: onko lihas aktii-

vinen silloin kun sen pitäisi olla vai aktiivinen silloin kun sen ei pitäisi olla. Lisäksi voidaan

selvittää lihaksen symmetriaa verrattuna toisen puolen samaan lihakseen, lihaksen ak-

tiivisuutta ja lihastoiminnan ajoitusta. (Kauranen & Nurkka 2010: 307.) Ihmisen tapa

tehdä liike on myös tärkeä huomioida. Ei ole yhtä oikeaa tapaa tehdä liikettä. EMG-

shortsit kertovat kuormittuuko toinen puoli alaraajoista enemmän kuin toinen tai onko

etureisi joka liikkeessä aktiivisempi kuin takareisi.

7

Tässä työssä on keskitytty etu- ja takareisien sekä pakaralihasten toimintaan, jotka kuu-

luvat luurankolihaksiin. Luurankolihakset kiinnittyvät vähintään kahteen eri luuhun kalvo-

jänteen tai jänteen avulla, mutta voivat kiinnittyä myös pehmeisiin rakenteisiin kuten

ihoon. (Niensted, Hänninen, Arstila, Björkvist 2000: 76.) Lihaskudos on elävää kudosta

ja sen määrä lisääntyy aikuisikään asti. Lihaskudoksen määrä elimistössä vähenee

ikääntymisen ja lihaksen inaktiivisuuden seurauksena. (Kauranen 2014: 39, 105.) Lihak-

sen inaktiivisuus voidaan todentaa EMG:n avulla, jolloin pystytään kohdentamaan har-

joitteet tarkemmin. Hermostoa pitkin tuleva käsky saa aikaan lihassupistuksen, joka saa

aikaan kahden luun lähenemisen ja mahdollistaa nivelessä tapahtuvan liikkeen. (Enoka

2008: 205.)

3.1 Lihassupistus ja motorinen yksikkö

Poikkijuovaisen lihasolun supistumisen eli kontraktion saavat aikaan hermoimpulssit,

jotka siirtyvät lihassoluun hermo-lihasliitoksen kautta. Jokaiseen lihassoluun liittyy yksi

liikehermosolun viejähaarake, jota pitkin aivoilta tulee käsky supistua. Jokainen liikeher-

mosolu hermottaa useita lihassoluja, koska yhdestä liikehermosolusta haarautuu useita

viejähaarakkeita eri lihassoluihin. Motoriseksi yksiköksi kutsutaan tällaista kokonai-

suutta. Lihassoluun saapuva hermoimpulssi saa aikaan kalsiumionien vapautumisen.

Vapautumisesta seuraa lihassupistumisen käynnistyminen. Yksittäinen lihassolu supis-

tuu aina kokonaan, joten voimaa pystytään säätelemään vain vaihtelemalla supistuvien

lihassolujen määrää. Luurankolihakset eivät voi olla maksimaalisesti supistuneena pit-

kään, koska ne väsyvät. Osittain jännittyneenä lihas voi olla pidempään, sillä silloin osa

lihassoluista saa lepovuoron. Lihassolu ei voi venyä, se pystyy vain supistumaan. Vas-

takkaiset lihakset mahdollistavat palautumisen, koska ne venyttävät supistuneen lihak-

sen takaisin pitkäksi. (Niensted ym 2000: 78-80.)

Lihassolu muodostuu aktiini- ja myosiiniproteiinisäikeistä, joiden säännönmukaisen jär-

jestyksen vuoksi luurankolihakset näyttävät poikkijuovaisilta. Sarkomeeriksi kutsutaan

lihassäikeen osaa, jonka sisällä aktiini- ja myosiinisäikeet liukuvat tiiviisti toistensa lo-

maan. Tämä saa aikaan lihaksen supistumisen. (Enoka 2008:207.)

8

3.2 EMG- signaalin periaatteet

Hermo- ja lihassolukalvojen ulko- ja sisäpinnoilla vallitsee erilaisia jännite-eroja. Solu-

kalvo on varautunut eri tavalla solun ulko- ja sisäpuolelta. Solukalvolla vallitseva tila riip-

puu siitä mikä on kalvojännitteen suuruus. Lepopotentiaali on solun normaali tasapaino-

tila, hermo- ja lihassolut pystyvät siirtämään solukalvolla etenevän sähköisen impulssin

eli aktiopotentiaalin. Solukalvon lepojännite muuttuu, kun aktiopotentiaali laukeaa, tällöin

solun sisäosa tulee positiiviseksi ja solukalvo depolarisoituu. Depolarisaatioita seuraa

repolarisaatio ja lepopotentiaalin palautuminen solukalvolle. (Enoka 2008:182-187.)

Motorisen yksikön syttymiseen ja ärsytyskynnykseen vaikuttaa yksikön koko. Pienillä yk-

siköillä on alhaisempi ärsytyskynnys kuin suurilla. Usein motoriset yksiköt syttyvät sa-

manaikaisesti, jolloin aktiopotentiaaleissa esiintyy päällekkäisyyttä. Peräkkäisistä ak-

tiopotentiaaleista ja pulssijonoista muodostuu spatiaalisesti ja temporaalisesti elektro-

dien alla ns. raakaEMG- signaali. RaakaEMG- signaali kuvastaa monien yksittäisten po-

tentiaalivaihteluiden summaatiota, se sisältää positiivisia ja negatiivisia vaiheita nollalin-

jan molemmin puolin. RaakaEMG- signaali on yleisimmin käytetty EMG:n rekisteröinti ja

tallennusmuoto. RaakaEMG:tä voidaan tarkastella sellaisenaan tai muokata lisäanalyy-

seja varten. Lihaksen aktiivisuustasojen muutokset nähdään raakaEMG- signaalista, sen

pohjalta voidaan tarkastella, onko lihas aktiivinen vai ei sekä lihaksen aktiivisuusaikoja.

Yksi tapa muuttaa raakaEMG- signaali on tasasuuntaisuus. Tasasuunnatussa EMG- sig-

naalissa kaikki vaiheet ovat positiivisia ja nollalinjan yläpuolella. Tasasuuntaisuus voi-

daan muodostaa kahdella tavalla, yleisimmin käytetty tapa on, että negatiiviset vaiheet

käännetään peilikuvana nollalinjan positiiviselle puolelle. Toinen tapa on, että negatiivi-

set vaiheet poistetaan kokonaan. Tasasuunnatuksi muunnetusta EMG- signaalista on

helpompi tarkastella ja määritellä aktiivisuustasoja. (Enoka 2008: 201-203.) Myontec

Oy:n käyttämässä menetelmässä on käytetty tasasuunnattua muotoa helpottamaan tu-

losten tulkintaa. Kuviossa 2 on kuvattu EMG-shortseilla tehty mittaustilanne. Kuviossa

näkyy tasasuunnatun EMG- signaalin lisäksi pylväsdiagrammina etu- ja takareisien sekä

pakaralihasten lihasaktiivisuus.

9

Kuvio 2. Tasasuunnattu EMG-signaali

3.3 Vaatteisiin kiinnitettyjen EMG-elektrodien hyödyt mittauksessa

EMG-signaalia kerätään elimistöstä erilaisten elektrodien avulla. Elektrodit jaetaan pinta-

, neula-, lanka- sekä vaatteisiin kiinnitettäviin elektrodeihin. Vaatteisiin kiinnitettävät

elektrodit ovat pintaelektrodien tapaan ei-invasiivisia eli eivät vahingoita tutkittavaa.

(Kauranen 2014: 262.) Tässä työssä on perehdytty vaatteisiin kiinnitettyihin elektrodei-

hin. Vaatteisiin kiinnitetyillä elektrodeilla voidaan tutkia isoja lihaksia tai kokonaisia lihas-

ryhmiä. Mittausperiaatteelta ne ovat pintaelektrodien kaltaisia. Vaatteisiin kiinnitetyt

elektrodit eivät sovellu pienten yksittäisten lihasten mittaamiseen, eivätkä ole kovin tark-

koja. Etuna kuitenkin on, että niiden avulla voidaan mitata koko lihaksen tai lihasryhmän

sähköinen aktiivisuus. Elektrodit ja niistä lähtevät johdot tiedonkeräys yksikköön ovat

ommeltuna vaatteisiin kiinni, joten ne eivät roiku vapaana. Tämä helpottaa tutkittavan

liikkumista eivätkä ne ole niin herkkiä liikkeestä aiheutuvalle häiriölle. (Kauranen 2014:

264-265.) Vaatteisiin kiinnitetyt elektrodit myös mahdollistavat luonnollisessa ympäris-

tössä harjoittelun, ei ainoastaan testitiloissa. Älyvaatteita pukiessa on tärkeää huomi-

oida, että elektrodit ovat hyvässä kosketuksessa ihoon. Elektrodit kastellaan huolellisesti

ja huomioidaan, että vaate on symmetrisesti tutkittavan päällä. Tarvittaessa ihokarvoitus

raakataan elektrodien alta. (LIITE 1)

10

4 EMG-shortsit osana fysioterapiaa

EMG antaa monia mahdollisuuksia fysioterapialle. Sitä voidaan hyödyntää esimerkiksi

askellus- ja ryhtianalyyseissa, sen avulla voidaan tunnistaa lihasepätasapainot sekä

analysoida suoritusten tekniikkaa. Saadun analyysin pohjalta voidaan arvioida loukkaan-

tumisriskiä, joka johtuu lihasepätasapainoista ja toistuvasta kuormituksesta. Kun fyysi-

nen kuormitus jakautuu tasaisesti lihasryhmiin, loukkaantumisriski pienenee. Fysiotera-

pian kannalta on tärkeää, että analyysin avulla voidaan todentaa kuntoutujalle mahdolli-

set lihasepätasapainot sekä opettaa kuntoutuja aktivoimaan heikentyneitä lihaksia.

(Myontec n.d).

Finni ym. (2007) tekemässä tutkimuksessa on arvioitu tekstiilielektronien luotettavuutta,

toistettavuutta sekä soveltavuutta lihasvoimatesteissä ja juoksumatolla tehtävissä

VO2max-testeissä verraten niitä bipolaarisesti mitattuun perinteiseen pinta-EMG-mit-

taukseen. Älyvaatemittauksessa langattomuus koettiin eduksi. Mittauksesta saadut tu-

lokset olivat vertailukelpoisia bipolaariseen pinta-EMG-mittaukseen ja olivat paremmin

toistettavissa.

4.1 EMG-shortsien toiminta

EMG-shortsit keräävät langattomasti EMG- signaalia. Shortseissa on sisäpuolelle kiinni-

tetyt pinta-EMG-elektrodit, jotka mittaavat etu- ja takareisilihasten sekä pakaralihasten

sähköistä aktivaatiota. Kuviossa 3 näkyy shortsien sisäpuolella olevat etureisien pinta-

EMG-elektrodit. Elektrodit johdattavat signaalin shortsien etupuolelle kiinnitettävään

MCell- moduuliin. Mittaus voidaan suorittaa lajikohtaisessa ympäristössä sekä lajille omi-

naisissa harjoituksissa. EMG-shortseja voidaan kliinisessä työssä hyödyntää esimerkiksi

yksilölajeissa osana tavoitteellisen harjoittelun seurantaa sekä joukkueurheilussa osana

seulontaa tai ennaltaehkäisyä. (Myontec n.d.)

11

Kuvio 3. EMG-shortsit

Ohjelmiston avulla voidaan tunnistaa lihaksen väsymistä ja aktivaatiota sekä sen oikea-

aikaisuutta. Näin ollen voidaan määrittää kynnysarvot nopeus-, voima-ja maksimikestä-

vyydessä. Tämän avulla voidaan parantaa suorituskykyä seuraamalla reaaliaikaisesti li-

haksen aktivoitumiskynnystä. (Myontec n.d)

Bengs ym. (2017) tekemässä tutkimuksessa arvioitiin Myontec:in EMG-shortsien luotet-

tavuutta lihasaktiivisuuden mittaamisessa päivittäisten toimintojen aikana. Harjoitteisiin

kuului portaiden nouseminen ja laskeutuminen sekä tavaroiden nostaminen maasta. Tut-

kimuksen perusteella EMG-shortsit ovat luotettava tapa arvioida lihasaktiivisuutta päivit-

täisissä toiminnoissa sekä huomioida suhde oikean ja vasemman alaraajan välillä.

Vaikka älyvaatteet tarjoavat toimivan tavan seurata toipumista vammojen jälkeen, tulisi

tulevaisuudessa tutkia alhaisen lihasvoiman ja -aktiivisuuden yhteyttä loukkaantumisiin.

Tutkimuksessa todettiin, että älyvaatteet ovat tulevaisuutta ja on jo olemassa erilaisia

mobiilisovelluksia, mutta tulevaisuudessa tulisi tutkia enemmän niiden hyödyntämistä fy-

sioterapiassa erilaisilla asiakasryhmillä.

4.2 Lihastasapaino

Asentoa ylläpitävät lihakset menettävät helposti elastisuuttaan eli näin ollen lyhentyvät.

Pystyasentoa tukevien ja liikettä aikaansaavien lihasten toimintaroolit voivat mennä se-

kaisin, jos lihakset eivät voi toteuttaa niille kuuluvaa toimintaa. Tästä seuraa lihasepäta-

sapainoa johonkin kehon osaan. Aktiivisella liikkujalla voi esiintyä liiallisen tai yksipuoli-

sen kuormittumisen vuoksi lihasepätasapainoa yksittäisessä lihaksessa tai koko ke-

hossa. Yksipuoliset ja vakiintuneet asentotottumukset voivat myös olla syitä lihasepäta-

sapainon syntymiseen. (Saarikoski & Stolt & Liukkonen 2012.)

12

Aittokallion (2016) tekemän tutkimuksen perusteella takareisi- etureisi voimasuhteen jää-

dessä alle 70 prosenttia, äkillisten alaraajavammojen ja ilman kontaktia tulevien nilkka-

vammojen riski lisääntyy. Alaraajojen puoliero takareisi- etureisi voimasuhteessa sekä

polven ojennusvoimassa lisäsi alaselän rasitusvammojen riskiä. EMG:n avulla todennet-

tujen tulosten perusteella voidaan ennaltaehkäistä vammoja.

Suurella osalla ihmisistä polvivammojen jälkeen etureiden aktivaatio on heikentynyt.

Systemaattisen kirjallisuuskatsauksen perusteella todettiin, että polvivamman jälkeen

etureiden lihasten toiminnan palauttaminen on hyvin tärkeää, jotta uusilta vammoilta väl-

tytään. (Hart, Pietrosimone, Hertel & Ingersoll 2010). EMG-shortsien avulla on mahdol-

lista todentaa etu- ja takareisien aktivaatio sekä löytää yksilöllinen liike lihasten vahvis-

tamiseksi. Abourezk ym tekemän 3 vuoden seurantatutkimuksen mukaan eturistiside

leikkauksen jälkeen on todettu epäsymmetriaa takareiden lihasten välillä.

13

5 Liikepatteriston kehittäminen

Tähän työhön on valittu viisi liikettä, joilla voidaan todentaa etu- ja takareisien sekä pa-

karalihasten aktivaatio ja lihastasapaino EMG-shortsien avulla. Liikkeet valittiin yhteis-

työssä Dextran fysioterapeuttien kanssa. Liikkeiden valinnassa otettiin huomioon käytet-

tävissä olevat tilat ja välineet sekä fysioterapiakerran kesto. Liikepatteriston avulla teh-

tävä lihastasapainonmittaus tulisi sisällyttää yhteen fysioterapiakertaan, jotta EMG-

shortsien käyttö kuntoutumisen tukena olisi kannattavaa. Liikkeiden valinnassa otettiin

myös huomioon asiakaskunta, jotka hyötyisivät ja joille Dextra pystyisi palvelun kohdis-

tamaan.

Liikkeiksi valikoitui tutkitun tiedon ja asiantuntijahaastattelun pohjalta perusasennossa

seisominen, kahden jalan kyykky, yhden jalan kyykky, lantionnosto ja pudotushyppy.

Vastaavan fysioterapeutin kertoman mukaan Dextrassa tehdään noin 500 eturistiside

leikkausta vuodessa. Valitut liikkeet tukevat käytössä olevaa eturistiside postoperatiivista

kuntoutusta. Liikkeet ovat myös toteutettavissa osana urheilevan ihmisen fysioterapiaa

vammojen ennaltaehkäisyssä sekä liikuntavammojen jälkeisessä kuntoutuksessa.

Ensimmäinen liike on perusasennossa seisominen ja lihasryhmien aktivoiminen. Sa-

malla nähdään, onko älyshortsit puettu oikein ja elektrodit kasteltu riittävästi. (LIITE1)

Tämä liike tehdään patteristosta ensimmäisenä, muiden liikkeiden suorittamisjärjestyk-

sellä ei ole väliä.

Optimaalisessa pystyasennossa asennon ylläpitäminen on helppoa ja lihaksien aktivaa-

tion tulisi olla vähäinen. Painopisteen tulee olla tasaisesti molemmilla jaloilla. Hyvä pys-

tyasento tarvitsee herkän aisti- ja korjausjärjestelmän, jotta asentoa ylläpitävät korjaus-

liikkeet tulevat herkästi esille ja ovat taloudellisia. Yleisiä virheitä on tehdä korjausliik-

keistä liian suuria, jolloin lihasjännitys lisääntyy. Rentouden hävitessä korjausliikkeiden

nopeus huonontuu ja samalla aistijärjestelmän herkkyys kärsii ja tasapainon hallinta

heikkenee. (Sandström & Ahonen 2011: 175-177).

14

Kuviossa 4 on kuvattu perusasennossa seisominen. Seisotaan luonnollisessa lantion le-

vyisessä asennossa minuutin ajan.

Kuvio 4. Perusasennossa seisominen

Kahden jalan kyykky on yleisimmin käytetty harjoite tutkittaessa alaraajojen voimantuot-

toa sekä varhaisen vaiheen eturistiside leikkauksen jälkeistä fysioterapiaa. Tutkimuksen

perusteella kahden jalan kyykky aktivoi etureiden lihakset paremmin kuin yhden jalan

kyykky. Eturistisidevamma aiheuttaa epäsymmetriaa vammautuneen ja terveen alaraa-

jan välille. Kahden jalan kyykky mahdollistaa kuntoutujaa käyttämään vääristynyttä liike-

mallia. (McCurdy, O`Kelley, Langford, Ernest & Torres 2010; Roos, Button & Deursen

2014.) EMG-shortsit mahdollistavat lihasepätasapainojen havaitsemisen ja korjaamisen

reaaliaikaisesti, jotka ovat tärkeässä osassa fysioterapian onnistunutta lopputulosta. Ta-

kareisilihasten aktiivisuus verrattuna etureisilihasten aktiivisuuteen johtaa lihasten epä-

tasapainoon ja näin ollen lisää rasitusta polven eturistisiteessä sekä lisää vammariskiä.

(Nishiwaki, Urabe & Tanaka 2006.) Kuviossa 5 on kuvattu kahden jalan kyykky. Kyy-

kyssä tehdään 10 rauhallista toistoa. Kyykyt tehdään lantion levyisessä asennossa, pol-

vet ja varpaat samaan suuntaan

Kuvio 5. Kahden jalan kyykky

15

EMG:n avulla todennetuissa tutkimuksissa on todettu, että yhden jalan kyykky aktivoi

hyvin etu- ja takareidet sekä pakaralihakset. Pakaralihasten heikkous on usein syynä

polven vammoihin, esimerkiksi eturistiside vammaan. Pinta-EMG:tä on käytetty mitatta-

essa lihasaktiivisuutta liikkeissä, jotka ovat yleisesti käytettyjä polven alueen fysioterapi-

assa sekä vammojen ennaltaehkäisyssä. (Hopkins, Ingersoll, Sandrey & Bleggi 1999;

Distefano, Blackburn, Marshall & Padua 2009.)

Yhden jalan kyykky on toiminnallinen harjoite, koska liikemalli on yleisesti käytetty arjen

toiminnoissa sekä monissa liikunta suorituksissa (Gianola, Castellini, Stucovitz, Nardo &

Banfi 2017). Kuviossa 6 on kuvattu yhden jalan kyykyn tekeminen. Yhden jalan kyykky

tehdään taaempi jalka steppilaudan päällä. Tehdään 10 rauhallista toistoa. Etummaisen

jalan etäisyys vakioidaan ja liike tehdään molemmilla jaloilla.

Kuvio 6. Yhden jalan kyykky

Lantionnosto on turvallinen suljetun kineettisenketjun liike, jos taustalla on vammoja, ki-

puja tai rajoitteita liikkuvuuksissa (Contreras, Vigotsky, Schoenfeld, Beardsley & Cronin

2015). Kuviossa 7 tehdään lantionnosto, jolla aktivoidaan takareisi- ja pakaralihasta.

Lantionnostossa tehdään 10 rauhallista toistoa. Polvikulmaa pienentämällä vaikutetaan

enemmän pakaralihaksiin kuin takareidenlihaksiin.

Kuvio 7. Lantionnosto

16

Pudotushyppy on toiminnallinen liikehallintatesti. Hyvän liikehallinnan perusta on sujuva

ja taloudellinen liike, liikkeen tehokkuus sekä turvallinen liikesuoritus, joka näkyy myös

muuttuvissa ja yllättävissä tilanteissa. (Rinta- Hiiro 2013.) Polymetrisellä harjoittelulla

voidaan vaikuttaa vertikaalisen hypyn korkeuteen (Markovic 2007). EMG-shortseilla voi-

daan todentaa pudotushypyn aikana tapahtuva lihasaktivaatio mitä ei silmämääräisesti

ole mahdollista havainnoida liikesuorituksen aikana. Kuviossa 8 on kuvattu pudotushy-

pyn tekeminen. Pudotushypyssä suoritus tehdään kengät jalassa, jalat lantion leveydellä

toisistaan. Hypyssä pudottaudutaan vakioidulta korokkeelta, jonka jälkeen välitön hyppy

suoraan ylöspäin. Alastulo tasajalkaa, varpaat eteenpäin. Tehdään kolme suoritusta.

Kuvio 8. Pudotushyppy

17

6 Pohdinta

Opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää Dextran fysioterapeuteille helposti toteutettava lii-

kepatteristo EMG-shortseja hyödyntäen. EMG-shortseja ei ole juurikaan käytetty osana

kuntoutusta, joten tutkitun tiedon löytäminen oli haasteellista. Liikepatteristoon valittiin

liikkeet yhteistyössä vastaavan fysioterapeutin kanssa sekä käyttäen tutkittua tietoa. Liik-

keiden valinnassa onnistuttiin hyvin, ne ovat perusteltavissa tutkitun tiedon valossa sekä

niiden avulla voidaan todentaa lihastasapaino lihasryhmien välillä. Liikepatteriston suun-

nittelussa otettiin huomioon fysioterapiakerran kesto sekä tilat ja välineet.

Liikkeiden lukumäärä valikoitui, kun opinnäytetyöryhmä testasi liikkeitä vastaavan fy-

sioterapeutin kanssa. Viisi liikettä on määrällisesti sopiva yhteen fysioterapiakertaan,

aika riittää liikkeiden ohjaamiseen ja rauhalliseen tekemiseen. Kaikkea kokemusperäistä

tietoa ei pystytty suoraan hyödyntämään opinnäytetyössä tutkitun tiedon vähyyden

vuoksi.

Testipatteristo suunniteltiin niin, että sen toteuttaa fysioterapeutti, jolla on koulutuksen

myötä jo perustiedot ihmisen biomekaniikasta sekä liikkumisesta. Fysioterapeutin on

mahdollisuus varioida liikkeet testattavan yksilöllisien ominaisuuksien mukaan. Liikkei-

den valinnassa otettiin myös huomioon asiakaskunta, jotka hyötyisivät ja joille Dextra

pystyy palvelun kohdistamaan.

Asiakaskunta koostuu paljon urheilevista aikuisista sekä polven eturistiside leikkauksen

jälkeisestä fysioterapiasta. Joukkueurheilijat ovat yksi iso asiakasryhmä Dextrassa.

Monet joukkuelajit ovat nopeatempoisia sekä sisältävät paljon hyppyjä ja kontaktitilan-

teita, jolloin loukkaantumisriski lisääntyy. Näin ollen liikepatteristoon valikoitui pudotus-

hyppy. Joukkueelle tehtävässä testauksessa voidaan myös hyödyntää saatuja tuloksia

valmennuksellisesti. Testauksella on mahdollista seuloa ne urheilijat kenellä on suu-

rempi loukkaantumisriski ja näin ollen panostaa heidän fysiikkavalmennukseen.

EMG-shortsien avulla saadaan tietoa etu-ja takareisilihasten sekä pakaralihasten toimin-

nasta. Tiedon pohjalta voidaan suunnitella spesifiharjoite heikoimmin aktivoituvalle lihas-

ryhmälle. Muscle Monitor ohjelman avulla pystytään reaaliaikaisesti näkemään lihasten

aktiivisuus ja inaktiivisuus harjoitteen aikana, jolloin tilanteeseen pystytään reagoimaan

heti. Tässä yhteydessä on testattavan mahdollista saada myös itse biopalaute suorituk-

sestaan.

18

Haasteena tulosten tulkinnassa on havaita oleelliset erot, joilla on merkitystä kuntoutuk-

sen kannalta tai vammojen ennaltaehkäisyssä. Haasteena on myös tietokoneohjelman

toiminta. Pääsimme itse testaamaan EMG-shortseja useamman kerran. EMG-shortsien

pukeminen on helppoa ja ne ovat miellyttävät päällä. Shortseja on useampaa kokoa ja

koko on hyvä valita napakaksi testattavalle, jotta saadaan hyvä ihokontakti. Ongelmia

testaustilanteessa aiheutti muutaman kerran Muscle Monitor ohjelman toimimattomuus,

jolloin dataa ei saatu ulos reaaliaikaisesti. Ohjelman toimimattomuus voi aiheuttaa haas-

teita asiakastilanteessa, jossa kuntoutuskerran kesto on ennalta sovittu ja hinnoiteltu.

Tulosten tulkinta vaatii perehtyneisyyttä ja kokemusta mittaajalta, jotta havaitaan olen-

naiset asiat saaduista mittauksista.

Tulevaisuuden tutkimuskohteena olisi mielenkiintoista nähdä EMG-shortsit osana eturis-

tiside leikkauksen jälkeistä fysioterapiaa verrattuna käytössä olevaan ilman EMG-short-

seja tehtyyn eturistiside leikkauksen jälkeiseen fysioterapiaan. Toisena mielenkiintoi-

sena tutkimuskohteena olisi urheilujoukkue, jonka urheilijoille tehdään yksilöllinen tes-

taus EMG-shortseilla ja testauksen jälkeen laaditaan yksilöllinen harjoitusohjelma. Har-

joitusjakson aikana voitaisiin seurata ovatko yksilön loukkaantumiset/ongelmat vähenty-

neet.

Teknologian kehittyminen on lisännyt ihmisten tietoisuutta ja halua mitata omaa toimin-

takykyä. Fysioterapeutin ammatillinen osaaminen yhdistettynä EMG-shortsien antamiin

mahdollisuuksiin tuovat uuden ulottuvuuden fysioterapiaan.

19

Lähteet

Abourezk, Matthew N & Ithurburn, Matthwe P & McNally, Michael P & Thoma, Louise M

& Briggs, Matthew M & Hewett, Timothy E & Spindler, Kurt P & Kaeding, Christopher C

& Schmitt Laura C 2017. Hamstring strength asymmetry at 3 years after anterior cruciate

ligament reconstruction alters knee mechanics during gait and jogging. The american

journal of sport medicine. 45(1), 97-105.

Aittokallio, Kaappo 2016. Voimaominaisuuksien yhteys urheiluvammariskiin salibandy-

ja koripallopelaajilla. Tampereen Yliopisto. Lääketieteen yksikkö. UKK- instituutti.

Bengs, Dagny & Jeglinsky, Ira & Surakka, Jukka & Hellsten, Thomas & Ring, Joachim &

Kettunen, Jyrki 2017. Reliability of measuring lower- limb muscle EMG activity ratio in

activities of daily living with electrodies embadded in the clothing. Journal of sport reha-

bilitation. 19,1-12.

Contreras, Bret & Vigotsky, Andrew D & Schoenfeld, Brad J & Beardsley, Chris & Cronin,

John 2015. A comparison of gluteus maximus, biceps femoris, and vastus lateralis elec-

tromyography activity in the back squat and barbell hip thrust exercises. Journal of ap-

plied biomechanics, 31, 452-458.

Distefano, Lindsay J & Blackburn, J Troy & Marshall Stephen W & Padua Darin A 2009.

Gluteal Muscle Activation During Common Therapeutic Exercises. Journal of or-

thopeadic & sports phyiscal therapy. 39, 532-540.

Enoka, Roger M 2008. Neuromechanics of human movement- Fourth edition. New Zea-

land

Finni, T & Hu, M & Kettunen, P & Vilavuo, T & Cheng, S 2007. Measurement of EMG activity with textile electrodes embedded into clothing. Physiological Measurement. 28(11):1405-19

Gianola, Sivia & Castellini, Greta & Stucovitz, Elena & Nardo, Alice & Banfi, Giuseppe

2017. Single leg squat performance in physically and non- physically active individuals:

a cross-sectional study. BMC Musculoskeletal Disorders. BMC series – open, inclusive

and trusted 2017, 18:299.

Hallet, Mark 2003. Movement Disorders. Volume 1. USA. Elsevier.

20

Hart, Joseph M. & Pietrosimone, Brian & Hertel, Jay & Ingersoll, Christopher D. 2010.

Quardiceps Activation Following Knee Injuries: A Systematic Review. Journal of athletic

training 45(1), 87-97.

Hopkins, J. Ty & Ingersoll, Christopher D. & Sandrey, Michelle A. & Bleggi, Susan D.

1999. An electromyographic comparison of 4 closed chain exercises. Journal of athletic

training 34 (4), 353-357.

Kauranen, Kari & Nurkka, Niina 2010. Biomekaniikkaa liikunnan ja terveydenhuollon ammattilaisille. Tampere. Tammerprint Oy. Kauranen, Kari 2014. Lihas – rakenne, toiminta ja voimaharjoittelu. Tampere. Tam-merprint Oy.

Markovic, Goran 2007. Does plyometric training improve vertical jump height? A meta-

analytical review. Br J Sports Med. 41(6), 349-355.

McCurdy, Kevin & O’Kelley, Erin & Kutz, Matt & Langford, James Ernest & Torres, Mar-

cos 2010. Comparison of lower extremity EMG between the 2- leg squat and modified

single- leg squat in female athletes. Journal of sport rehabilitation 19, 57-70.

Myontec Oy. Verkkodokumentti http://www.myontec.com/en/

Niensted, Walter & Hänninen, Osmo & Arstila, Antti & Björkqvist, Stig-Eyrik 2000. Ihmi-

sen fysiologia ja anatomia. Porvoo. WS Biikwell Oy.

Nishiwaki, Gaston Ariel & Urabe, Yukio & Tanaka, Kosuke 2006. EMG Analysis of Lower

Extremity Muscles in Three Different Squat Exercises. Journal of the Japanese Physical

Therapy Association 9(1), 21-26.

Rinta- Hiiro, Ville 2013. Suunnanmuutosten ja pudotushyppyjen kinematiikka ja kine-

tiikka sekä polven acl- vamman riskiä lisäävät tekijät suunnanmuutoksissa. Pro- gradu-

tutkielma. Jyväskylän yliopisto.

Roos, Paulien E & Button, Kate & Deursen, Robert W M 2014. Motor control strategies

during double leg squat following anterior cruciate ligament rupture and reconstruction;

an observational study. Journal of NeuroEngineering and Rahabilitation 11:19.

21

Räsänen, Jarkko 2017. Dextra. Vastaava fysioterapeutti. Helsinki. Haastattelu

15.6.2017.

Saarikoski, Riitta & Stolt, Minna & Liukkonen, Irmeli 2012. Huonon pystyasennon aiheut-

tajia. Terveyskirjasto.

http://www.terveyskirjasto.fi/terveyskirjasto/tk.koti?p_artikkeli=jal00020

Luettu 9.12.2016

Sandström, Marita & Ahonen, Jarmo 2011. Liikkuva ihminen – aivot, liikuntafysiologia ja

sovellettu biomekaniikka. VK- Kustannus Oy.

Stanton, Rosalyn & Ada, Louise & Dean, Catherine M & Preston, Elisabeth 2017 Bio-

feedback improves performance in lower limb activities more than usual therapy in peo-

ple following stroke: a systematic review. Journal of Physiotherapy 63, 1, 11-16.

Tekes 2017. Saatavana osoitteessa: https://www.tekes.fi/tekes/tulokset-ja-vaikutuk-

set/caset/asiakkaiden-tuloksia-2017/myontec-harppaa-maailmalle--muskelia-ja-allia-

alyhousuissa/

Tekes 2017. Saatavana osoitteessa: https://www.tekes.fi/nyt/uutiset-2017/terveystek-

nologia-on-edelleen-yksi-nopeimmin-kasvavista-korkean-teknologian-vientialoista-suo-

messa/

Liite 1

1 (1)