Alina Warzecha gr. 21A
„Wykorzystanie elektromiografii do badania pracy mięśni podczas ruchu całego ciała”
Trafne diagnozowanie i skuteczne leczenie chorób układu ruchowego zależy przede wszystkim od jak najlepszej znajomości fizjologicznej budowy i funkcjonowania tego układu, dlatego też poznanie kontroli złożonej maszynerii ludzkiego ciała jest wielkim wyzwaniem dla nauki. Podczas badań nad ruchem najczęściej mierzone są jego kinematyczne parametry, takie jak na przykład czasy trwania poszczególnych faz ruchu. Pomiary kinetyczne natomiast dostarczają informacji o siłach, ich momentach oraz zapotrzebowaniu energetycznym i mocy niezbędnej do realizacji ruchu. Pomimo, iż w tym przypadku uzyskuje się bezpośredni wgląd w przyczyny samego ruchu, to nadal nie wiadomo jak ten ruch jest wykonywany na poziomie poszczególnych mięśni. Dlatego też, aby zrozumieć strategię sterowania ruchem nie sposób pominąć badania aktywności mięśni.
Elektromiografia (EMG) jest badaniem aktywności bioelektrycznej mięśni, które dostarcza nieocenionych informacji na temat aktywności nerwowej oraz generowanych dzięki niej wzorców koordynacji mięśni. Sygnały EMG powstają w wyniku pobudzenia włókien mięśniowych przez potencjały docierające z układu nerwowego.
Aktywność bioelektryczną pojedynczego włókna mięśniowego można zarejestrować za pomocą specjalnej mikroelektrody wkłuwanej do wnętrza komórki lub zewnątrzkomórkowej elektrody igłowej. Dla biomechaników bardziej interesująca jest jednak możliwość odbierania sygnałów EMG przy użyciu elektrod, które są umieszczane na powierzchni skóry nad badanym mięśniem. Taka technika rejestracji sygnałów mięśniowych nazywana jest elektromiografią powierzchniowa i jest ona najczęściej wykorzystywaną metodą w laboratoriach biomechanicznych, ze względu na jej nieinwazyjność.
Sygnały elektryczne docierające do mięśni są ważnym wskaźnikiem prawidłowej aktywności układu nerwowego. W warunkach fizjologicznych sygnały te zostają przekształcone w napięcie mięśniowe, powodując tym (w zależności od warunków) skurcz albo kontrolowany opór. Poprzez analizę rejestrowanych sygnałów EMG, stara się je odnieść do rzeczywistego zachowania mięśni. W biomechanice klinicznej elektromiografia jest bardzo często stosowana w celu zrozumienia czasowej organizacji czynności ruchowej. Przede wszystkim celem jest poznanie zależności pomiędzy parametrami czasowymi aktywności EMG poszczególnych mięśni i wykonywanym ruchem.
W tym zakresie pod uwagę brany jest udział różnych mięśni w realizacji określonej fazy ruchu oraz koordynacja aktywności poszczególnych mięśni w czasie ruchu.
Parametry czasowe sygnałów EMG dość dobrze charakteryzują aktywność mechaniczną mięśni jednak zawsze należy pamiętać o istotnym opóźnieniu rozwijanej przez mięsień siły w stosunku do początku obserwowanej aktywności elektrycznej. Ten parametr nazwany został opóźnieniem elektromechanicznym a jego wartość wynosi 30-50 ms.
Kolejnym obszarem zainteresowań biomechaniki są relacje pomiędzy aktywnością bioelektryczną mięśnia a siłą jaka jest przez niego wytwarzana. Pomiędzy siłą skurczu izometrycznego a amplitudą zintegrowanego sygnału elektromiograficznego istnieją relacje, które są zróżnicowane w różnych mięśniach i zależą między innymi od kompozycji i rozkładu przestrzennego włókien mięśniowych. Największą zależność liniową pomiędzy amplitudą sygnału EMG a siłą skurczu izometrycznego stwierdzono w mięśniach o jednolitej kompozycji włókien.
Szacowanie siły na podstawie powierzchniowego EMG poprzedza proces kalibracji, który polega na pomierza amplitudy zintegrowanego EMG w czasie maksymalnego skurczu dowolnego (MCV – maximum voluntary contraction) badanego mięśnia. Stosunek siły do skurczu (MCV) do odpowiadającej jej amplitudy zintegrowanego sygnału powierzchniowego EMG jest parametrem skalującym, pozwalającym na obliczenie względnej siły skurczu w pełnym zakresie aktywności mięśnia.
Badanie elektromiograficzne można wykorzystać również dobadania zmęczenia mięśni, które objawia się zmniejszeniem siły skurczu przy jednoczesnym wzroście aktywności bioelektrycznej mięśnia. W licznych badaniach udokumentowano również zmiany charakterystyki widma częstotliwości EMG spowodowane zmęczeniem mięśnia.
Podczas intensywnej pracy mięśnia następuje nadmierne jego wytwarzanie i gromadzenie się w mięśniach kwaśnych metabolitów. Skutkiem tego jest zmniejszenie szybkości przewodzenia potencjałów czynnościowych we włóknach mięśniowych.
Wraz ze spadkiem siły skurczu pojawia się dodatkowa rekrutacja jednostek, przy czym obserwuje się również zjawisko synchronizacji (jednoczesnego pobudzania) wszystkich jednostek. Jeśli mięśniowi pozwoli się odpocząć to jego widmo wróci do normy.
Czas, jaki jest niezbędny do odzyskania pełnej sprawności mięśnia zależy od wielkości i czasu wysiłku. Dla niewielkich obciążeń trwających krótko, czas powrotu do normy to kilka minut.
Przy niewielkim wysiłku już po dwóch minutach powraca normalna szybkość przewodzenia potencjałów czynnościowych we włóknach mięśniowych. Natomiast przy większym obciążeniu mięśni częstotliwościowe efekty zmęczenia ustępują dopiero po kilku godzinach. Fizjologiczne i mechaniczne efekty zmęczenia mogą zanikać jeszcze dłużej.