ORIGINAL
Estudio electromiográfico de los fascículos superficiales del músculo cuádriceps en los movimientos de la articulación de la rodilla
CRESPO ABELLEIRA, A. J., JORGE BARREIRO, F. J., CASTAÑO OREJA, M. T., RODRIGUEZ COBOS, M. A. y FUENTES BOQUETE, I.
Departamento de Ciencias Morfológicas. Facultad de Medicina de Santiago, A Coruña.
Servicio de Rehabilitación. Hospital Universitario de Conxo. Santiago, A Coruña.
Correspondencia:
Antonio Crespo Abelleira
Dep. Ciencias Morfológicas
Facultad de Medicina de Santiago
San Francisco, s/n
15705 Santiago de Compostela (A Coruña)
Trabajo recibido el 10-IX-97. Aceptado el 15-I-99.
Resumen.--Se estudia, mediante técnicas electromiográficas, del grado de participación de cada uno de los tres fascículos superficiales del músculo cuádriceps (recto anterior, vasto interno y vasto externo) en los diferentes movimientos de la articulación de la rodilla. Se exploraron 50 personas voluntarias con un rango de edad entre 22 y 56 años. Los voluntarios se disponían en una primera fase sentados con las piernas en flexión de 90º, realizándose los distintos movimientos de la articulación de la rodilla tanto contra gravedad como contra resistencia. En una segunda fase se realizaron los movimientos desde la posición anatómica. Los hallazgos obtenidos se compararon con los de otros autores observándose discrepancias en el grado de participación de cada fascículo muscular en los distintos movimientos. El recto anterior participa principalmente en el movimiento de extensión de la rodilla, mientras que los vastos actúan fundamentalmente en los movimientos de rotación.
Palabras clave: Músculo cuádriceps. Electromiografía. Biomecánica. Articulación rodilla.
ELECTROMYOGRAPHIC STUDY OF THE SUPERFICIAL FASCICULUS OF THE QUADRICEPS MUSCLE IN THE MOVEMENTS OF THE KNEE JOINT
Summary.--The purpose of this study is to check the degree of participation of each one of the three superficial fasciculus of the quadriceps muscle in the different movements of the knee joint (rectus femoris, vastus medialis and vastus lateralis). This was done by means of electromiographic techniques. 50 volunteers, with ages ranging between 22 and 56 years, were examined. In the first phase, the volunteers were seated and demostrated leg flexions of 90º, thus carrying out the differents movements of the knee joint against gravity and against resistence. In the second phase the movements were carried out in an anatomical position. Our findings were compared with the contributions made by the different authors. Differences were noted in the degree of participation of the muscular fasciculus in the different movements. It was thus concluded that the rectus femoris participates principally in the movements of the extension of the knee, while the vastus acts fundamentally in the rotation movements.
Key words: Electromyography. Quadriceps femoris. Biomechanics. Knee joint.
INTRODUCCIÓN
La actividad diferencial de los distintos fascículos del músculo cuádriceps en los movimientos de la rodilla es ampliamente discutida. Los primeros estudios electrofisiológicos que encontramos datan de 1866, cuando Duchenne apuntó las funciones del músculo cuádriceps mediante la utilización de faradizaciones locales. Wheatly y Jahnke (1), mediante estudios electromiográficos, señalaron que el fascículo recto anterior inicia la extensión de la articulación de la rodilla mientras que los fascículos vasto externo e interno presentan su mayor actividad al final del movimiento. Brewerton (2) observó que el vasto interno se activa durante toda la fase de extensión de la rodilla. Desde entonces varios estudios electromiográficos (3-6) indicaron que los fascículos vastos externo e interno se activaban simultáneamente durante la extensión. Basmajian (7) y Duarte (8) observaron que la contracción simultánea de los vastos desaparecía cuando se producía una subluxación de la rótula, predominando la actividad de un vasto sobre el otro. En los postoperatorios exitosos esta sinergia en las actividades de ambos vastos vuelve a restablecerse (9, 10).
Joseph y Nightingale (11) no encontraron ninguna actividad de los fascículos musculares del cuádriceps en los actos de permanecer de pie, apoyarse en un pie e inclinarse hacia atrás. Estos datos fueron ampliamente corroborados en posteriores investigaciones (7, 8, 12-16).
Basmajian (7) obtuvo grandes diferencias individuales en la actividad electromiográfica de los distintos fascículos del músculo cuádriceps, tanto al inicio como al final de los movimientos.
En la actualidad (16-19) se apunta una mayor activación del músculo en la posición de cuclillas en comparación con los movimientos de flexo-extensión o en el mantenimiento de la posición, así como la participación conjunta de ambos vastos en el incremento de la actividad muscular.
MATERIAL Y MÉTODOS
Exploramos 50 voluntarios (22 mujeres y 28 hombres), con edades comprendidas entre los 22 y 56 años.
El estudio electromiográfico se realizó con un aparato MEDELEC MS6 de 4 canales, cada uno de los cuales posee un amplificador independiente. Para la recogida de los potenciales de acción muscular utilizamos electrodos de superficie, debido a su fácil e indolora aplicación. Con ellos se obtienen trazados provenientes de amplias zonas musculares, no siendo inconveniente para las exploraciones de este músculo por su amplia y diferenciada masa muscular, lo que no nos desvirtúa los resultados obtenidos en los registros.
Los movimientos estudiados los mostramos en la figura 1. En una primera fase los sujetos sentados con los miembros inferiores en flexión de 90º, sin apoyarse en el suelo, realizan los siguientes movimientos: a) extensión de la pierna hasta los 180º; b) retorno a la posición de partida, realizando este movimiento lentamente; c) rotación externa de la rodilla, llevando la punta del pie hacia afuera; d) rotación interna de la rodilla llevando la punta del pie hacia adentro.
Fig. 1.--Esquemas gráficos de los distintos movimientos: a) extensión, b) flexión, c) y d) rotaciones, h) posición anatómica,i) flexión y j) cuclillas.
Los movimientos a, c y d son repetidos realizándolos contra resistencia, realizando presión con la mano del explorador.
En una segunda fase los voluntarios se ponen en pie con los pies juntos (posición anatómica) realizando los movimientos de flexión máxima de las rodillas sobre el suelo (cuclillas) y de recuperación de la posición anatómica.
Con estos movimientos obtenemos los trazados electromiográficos de tres fascículos del músculo cuádriceps, registrando tres fases desde el inicio de cada uno de los movimientos hasta el final de los mismos (fase 1ª, 2ª y 3ª) , comprendiendo cada fase un tercio del total de la amplitud del movimiento. Asimismo valoramos cuatro grados en la contracción muscular siguiendo los criterios indicados por Buchthal et al (13): - = silencio eléctrico (reposo) , no hay contracción muscular; + = mínima contracción (trazados simples); ++ = moderada contracción (trazados intermedios); +++ = máxima contracción (trazados interferenciales).
Un ejemplo de los datos obtenidos en cada voluntario explorado aparece en la tabla 1.
TABLA 1. Valoración EMG de la actividad muscular en los distintos movimientos de un voluntario, diferenciando tres fases en cada movimiento realizado. | ||||||||||
| Músculos | ||||||||||
| Movimientos | Vastus medialis | Rectus femoris | Vastus lateralis | |||||||
| 1º | 2º | 3º | 1º | 2º | 3º | 1º | 2º | 3º | ||
P S | Extensión | | + | +++ | + | ++ | +++ | | + | +++ |
| Flexión | + | + | | ++ | + | | ++ | | | |
| Extensióncontrarresistencia | + | + | +++ | ++ | ++ | +++ | + | ++ | +++ | |
| Rotación externa | _ | _ | + | _ | + | + | + | + | + | |
| Rotación interna | _ | + | + | _ | _ | + | _ | _ | _ | |
| Rotación externa contrarresistencia | | | + | + | ++ | ++ | + | + | ++ | |
| Rotación interna contrarresistencia | | + | + | _ | + | + | | | + | |
D P | Posición anatómica | + | _ | _ | + | _ | _ | + | _ | _ |
| Flexión | ++ | + | + | + | _ | _ | _ | _ | _ | |
| Cuclillas | + | ++ | +++ | ++ | +++ | +++ | ++ | ++ | +++ | |
RESULTADOS
Realizamos la suma absoluta, en todos los voluntarios, de los grados de actividad muscular en cada fascículo muscular durante cada fase en los distintos movimientos (tabla 2). Valoramos con cero todos los datos negativos y asignamos un punto a cada una de las cruces obtenidas en cada fase del movimiento.
TABLA 2. Suma absoluta de los valores EMG obtenidos en los parámetros analizados. | ||||||||||
| Movimientos | Músculos | |||||||||
| Vastus medialis | Rectus femoris | Vastus lateralis | ||||||||
| 1º | 2º | 3º | 1º | 2º | 3º | 1º | 2º | 3º | ||
P S | Extensión | 30 | 70 | 130 | 35 | 80 | 135 | 25 | 65 | 140 |
| Flexión | 95 | 40 | 0 | 95 | 45 | 0 | 95 | 30 | 15 | |
| Extensión contrarresistencia | 40 | 95 | 150 | 70 | 95 | 150 | 50 | 100 | 145 | |
| Rotación externa | 0 | 10 | 25 | 20 | 35 | 55 | 10 | 40 | 50 | |
| Rotación interna | 15 | 30 | 50 | 10 | 5 | 30 | 10 | 10 | 25 | |
| Rotación externa contrarresistencia | 0 | 5 | 35 | 25 | 70 | 75 | 25 | 40 | 85 | |
| Rotación interna contrarresistencia | 20 | 40 | 60 | 5 | 25 | 40 | 25 | 15 | 30 | |
D P | Posición anatómica | 30 | 5 | 0 | 45 | 5 | 0 | 35 | 0 | 0 |
| Flexión | 45 | 45 | 45 | 25 | 20 | 20 | 15 | 10 | 5 | |
| Cuclillas | 75 | 120 | 145 | 65 | 95 | 145 | 80 | 105 | 140 | |
Lo más significativo de los datos obtenidos en nuestros resultados podemos resumirlos así:
En el movimiento de extensión de la rodilla (Fig. 2), tanto si se realiza contra gravedad como contra resistencia, en el inicio del movimiento (1ª fase) el fascículo que se activa es principalmente el recto anterior, haciéndolo más intensamente cuando se realiza contra resistencia. Durante las fases 2ª y 3ª los tres componentes del músculo muestran una intensa actividad.
Fig. 2.--EMG de los tres componentes del músculo cuádriceps, durante las fases del movimiento de extensión contrarresistencia.VI: vasto interno. RA: recto anterior. VE: vasto externo. Calibración: 200 µ*.
En el movimiento de flexión (Fig. 3), partiendo de la extensión a 180º, la actividad en los tres fascículos del músculo va disminuyendo desde el inicio al final, donde prácticamente no hay actividad muscular. La actividad inicial registrada en este movimiento se debe a que el músculo actúa como antagonista evitando la caída brusca de la pierna por el efecto de la gravedad.
Fig. 3.--EMG de los tres componentes del músculo cuádriceps en la 1ª y 3ª fase del movimiento de flexión. VI: vasto interno.RA: recto anterior. VE: vasto externo. Calibración: 200 µ*.
En los movimientos de rotación de la rodilla (Fig. 4) obtuvimos escasa actividad electromiográfica. En la rotación externa la actividad más manifiesta es en la última fase del movimiento desarrollada principalmente por el recto anterior y el vasto externo. En la rotación interna la máxima actividad la registramos, asimismo, al final del movimiento, participando, sobre todo, el vasto interno.
Fig. 4.--EMG de los tres componentes del músculo cuádriceps en la 1ª y 3ª fase del movimiento de rotación externa y la 3ª fase de la rotación interna. VI: vasto interno. RA: rectoanterior. VE: vasto externo. Calibración: 200 µ*.
En la posición anatómica (Fig. 5) existe ligera actividad muscular al inicio de la posición en los tres fascículos a estudio del músculo. Esos registros eléctricos desaparecen enseguida.
Fig. 5.--EMG de los tres componentes del músculo cuádriceps en la posición anatómica. VI: vasto interno. RA: recto anterior.VE: vasto externo. Calibración: 200 µ*.
En cuclillas (Fig. 6) partiendo de la posición anatómica, registramos una intensa actividad en los tres fascículos del músculo, desde el inicio del movimiento hasta la total flexión de las rodillas, aunque apreciamos un ligero retraso en la activación muscular del recto anterior al comenzar el movimiento.
Fig. 6.--EMG de los tres componentes del músculo cuádriceps en la 1ª y 3ª fase de cuclillas. VI: vasto interno. RA: recto anterior. VE: vasto externo. Calibración: 200 µ*.
DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos muestran variaciones en relación con lo expuesto por otros autores.
Durante el movimiento de extensión de la rodilla, desde la posición de sentado, tanto contra gravedad como contra resistencia, al inicio del movimiento el fascículo muscular que actúa prioritariamente es el recto anterior, que está de acuerdo con la afirmación de Revaglia (3): «el recto anterior es de vital importancia para el inicio de la extensión»; pero entra en contradicción con lo expuesto por Duarte (8) que observó que el recto anterior comienza tardíamente su actividad en este movimiento.
Durante la rotación externa de la rodilla obtuvimos, aunque escasa, actividad muscular, sobre todo al final del movimiento, en los fascículos musculares del recto anterior y vasto externo y en la rotación interna vimos únicamente participación del vasto interno. Esto contrasta con otros resultados (8, 14) que no obtienen ningun tipo de actividad en el músculo cuádriceps durante la realización de las rotaciones.
Cuando el sujeto voluntario está en posición anatómica, nosotros registramos una pequeña actividad muscular inicial, que enseguida desaparece y la achacamos a una fase de adaptación a esta posición de bipedestación. De hecho, distintos autores (15, 16) afirman que la actividad del músculo cuádriceps no es necesaria para el mantenimiento de la postura.
Cuando colocamos al voluntario en cuclillas hay un ligero retraso en el recto anterior al inicio del movimiento, que confirman otros trabajos (7, 8, 15, 17) que postulan el retraso en la participación del recto anterior, aunque nosotros observamos mayor contracción de este fascículo que el mencionado por estos autores.
BIBLIOGRAFIA
1.Wheatly MD, Jahnke WD. Electromyographic study of the superficial thigh and hip muscles in normal individuals. Arch Phys Med 1951;32:508-15.
2.Brewerton DA. The function of the vastus medialis muscle. Ann Phys Med 1980;2:164-8.
3.Revaglia M. Sulla particolare altivita dei capi musculari del quadriupite nell uomo. Chirugia Degli Organi de Movimento 1957;44:489-504.
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17.Wilk KE, Escamilla RF, Fleisig GS, Barrentine SW, Andrews JR, Boyd ML. A comparison of tibiofemoral joint forces and electromyographic activity during open and closed kinetic chain exercises. Am J Sports Med 1996;24:518-27.
