Biomechanika / Základy experimentální biomechaniky / Základní metody experimentální biomechaniky / Elektromyografie

Elektromyografie

Základní výuku mechaniky nabízejí tyto webové stránky
Neznáte-li přesně charakteristiku nějaké mechanické veličiny, můžete použít (anglický) slovník.

 Elektromyografie (EMG) je vyšetřovací metoda, která je založena na snímání povrchové nebo intramuskulární svalové aktivity. Zaznamenává změnu elektrického potenciálu, ke které dochází při svalové aktivaci. EMG poskytuje značné možnosti uplatnění, ale zároveň má mnoho omezení. Je nutné, aby limitace byla plně pochopena, uvážena a eventuelně odstraněna, takže metoda může být uplatněna na vědeckých základech a nejen na prostém použití. EMG je příliš snadná na použití, ale také příliš snadná pro zneužití.

Elektrická aktivita činného svalu – akční potenciál (AP)

AP vzniká, přestoupí-li depolarizační proud (vzruch) potenciál na úrovni prahu a vyvolá otevírání kanálů Na+, které vede ke zvýšení "pozitivity" uvnitř buňky a k postupnému rozvoji AP.

Je-li sval volně aktivován, šíří se akční potenciál vznikající v motorickém kortexu v mozku pyramidovou drahou k buňkám předních rohů míšních, kde je předáván motoneuronům. Z motoneuronu je AP veden všemi jeho větvemi k jednotlivým svalovým vláknům a dále se šíří po jejich membránách.

Vzrušení, jdoucí přes motorické nervy, dosahuje různé motorické jednotky v jiném okamžiku, takže se nekontrahují současně, ale střídavě - asynchronně. Jejich kontrakce však na sebe navazují. Kontrakce každého svalového vlákna příslušného určité vzrušené MJ je děj jednorázový. Každý nervový vzruch vyvolá po uplynutí latentní doby pouze jednu kontrakční vlnu, běžící po vláknu od inervačního místa za vlnou vzrušivou (s určitým fázovým posunem). Rychlosti vzrušivé a kontrakční vlny mohou být u jednotlivých vláken značně rozdílné. Vznik kontrakční vlny vlákna je signalizován AP. První známky mechanické reakce spadají u kosterního svalu do sestupné části AP.

Vzrušení svalového vlákna podléhá ve většině případů známému zákonu "vše nebo nic". Nemusí tomu tak být úplně vždy. Je-li do svalového vlákna přivedeno více podprahových impulsů, může vzniknout AP jejich sumací.

U povrchové EMG prochází AP přes přilehlé svalové tkáně, hlavně tuk a kůži, na jejímž povrchu jsou detekovány. EMG signál je výsledkem sledu akčních potenciálů motorických jednotek, které jsou detekovány povrchovou elektrodou v blízkosti kontrahovaných svalových vláken. 

Elektrická aktivita svalu využívá pro posuzování mechanické aktivity možnost relativního sdružení registrovaných elektrických signálů s veličinami, které popisují mechanický efekt kontrakce. Možnost přiřazení může v některých dostatečně jistých případech vést až k náhradě. Obecně je ale přiřazení elektrické aktivity (EA) k hodnotám mechanickým znesnadněno řadou vlivů. Jejich přehlédnutí může vést při interpretaci výsledků ke zkreslenému a zjednodušenému názoru na skutečné poměry. Zdrojem dalšího zkreslení může být vlastní registrační postup, použitá aparatura a způsob kvantifikace EMG, zejména získaného právě pomocí kožních elektrod.

 

Podstata EMG záznamu

Interference u povrchové EMG

Výboje a frekvence výbojů jednotlivých AP motorických jednotek jsou na sobě nezávislé. Synchronizaci vykazuje pouze 10-20 % AP, u malých svalů, kde se oblast jedné motorické jednotky rozprostírá přes celý sval, je synchronizováno 20 – 50% výbojů. Frekvence jedné motorické jednotky není vysoká – 6-25 AP za vteřinu (v závislosti na intenzitě kontrakce a druhu svalu). Lze očekávat, že u povrchové EMG se můžeme v důsledku značné asynchronní činnosti jednotlivých motorických jednotek (dále jen MJ) setkat s frekvencemi vyššími a nepravidelnými. Protože na povrchové elektrody se propaguje mnoho různých  časově posunutých napětí, má získaná křivka složitý a zcela nepravidelný průběh. Výsledný EMG záznam není tedy prostou sumací jednotlivých elementárních napětí, ale platí pro něj zákony interference jednotlivých výbojů. Komplikované interferenční pochody předcházející vzniku EMG, které probíhají v prostorovém vodiči (sval, kůže, elektrody) a různé odstupy zdrojů napětí od elektrody nedovolují žádnou užitečnou diferenciaci jednotlivých AP ve vztahu k jednotlivým MJ. Povrchový EMG záznam nás informuje o průběhu rozdílů napětí na elektrodách umístěných na povrchu kůže a neposkytuje žádnou bližší informaci o EA jednotlivých přilehlých motorických jednotek.

EMG signál získaný pomocí povrchových elektrod však ve srovnání s jehlovými elektrodami umožňuje globálnější posouzení EA svalu díky větší ploše, ze které je záznam získáván. Rovněž je snadněji použitelný při různých pohybových aktivitách.

 Co vlastně EMG signal poskytuje?

Pro získání kvalitního EMG záznamu je nutné přesné optimální nastavení přístrojů, věrné zesílení průběhu rozdílu potenciálu na elektrodách (bipolární svod), zabránění artefaktům a stanovení vhodných snímacích bodů na svalu.

Frekvence, s níž pracují MJ, jsou důležitým ukazatelem úrovně isometrické a isotonické kontrakce. Při zvětšování síly kontrakce se zvyšuje frekvence stahů jednotlivých MJ. EMG záznam, získaný pomocí povrchových elektrod, obsahuje výsledný zápis interferenční činnosti mnoha MJ. Zesílení EMG zesilovače není stejné pro všechny amplitudy vstupního signálu. Při vyšších amplitudách dochází k přebuzení zesilovačů, které amplitudu deformuje (odřezává). Tím je poměrně významně zkreslen obraz průběhu napětí na snímacích elektrodách. Tato chyba se může projevit především při integraci EMG.

Význam amplitudy napětí je diskutabilní z důvodu nepřesně definovatelné polohy povrchových elektrod vůči aktivním MJ a odlišného časového posunu napětí. Podmínkou využití amplitudy v EMG, přes její spornou cenu, je jasně definovaný vztah amplitudy ke vstupnímu napětí.

Zabránění všem odchylkám od základní linie EMG nemajícím původ v EA sledovaného svalu, je velmi obtížné. Odchylky mohou vznikat elektrickými rušivými vlivy přicházejícími z okolí, mechanickými vlivy, které mají svůj původ v proměnné velikosti přechodového odporu mezi elektrodou a kůží. Velký vliv mohou mít zejména při unipolární registraci artefakty vzniklé záznamem napětí z jiného svalu, která se projeví tzv. "stíny" s frekvenční věrností ale menší amplitudou. Včasná identifikace těchto artefaktů je nutná pro získání věrného záznamu.

Obtížný problém představuje přesné definování referenčních snímacích bodů. Umístění by měla vycházet z následujících kritérií:

1.      Možnost přenosu polohy těchto bodů z jednoho člověka na druhého při zachování úrovně jejich funkční reprezentativnosti.

2.      Možnost postihovat z těchto bodů u různých osob jednotným způsobem mechanickou aktivitu sledovaného svalu.

Poloha elektrod vůči aktivním motorickým jednotkám a velikost elektrod jsou důležité v těch případech, kdy je pro posouzení EA svalu využívána amplituda napětí. Nedostatečnou korelaci mezi EA a mechanickou aktivitou může způsobit nevhodné umístění a velikost povrchových elektrod.

 Elektrody

Dělení elektrod podle konstrukčního typu:

1.      Povrchové elektrody (obr 1 a obr 2) se používají při měření rychlosti vedení nervem, reflexologických a kineziologických studiích. Obyčejně se jedná o menší kovové disky, které se fixují na odmaštěnou kůži leukoplastí. Nejsou vhodné pro vyšetření akčních potenciálů jednotlivých motorických jednotek, protože zachycují potenciály z větší plochy takže se zaznamenává aktivita z více MJ. Vstupní odpor při upevnění by měl být co nejmenší.

2.      Jehlové elektrody  se používají jak při nativní elektromyografii, tak při studiích vedení periferními nervy. Existují různé typy: koncentrické, bipolární, unipolární.

Dělení elektrod podle účelu použití:

1.      Registrační elektrody mohou být jehlové i povrchové. Aktivní elektroda snímá elektrickou aktivitu a je umístěna nad bříškem zkoumaného svalu. Referenční elektroda je umístěna nad šlachou. Výsledný EMG signál je rozdílem napětí mezi aktivní a referenční elektrodou. 

2.      Stimulační elektrody jsou speciálně uzpůsobené pro vyvolání stimulace.

3.      Zemnící elektrody jsou povrchové, obvykle ve formě fixovatelné páskové elektrody.

Povrchové miskové nebo samolepící elektrody, převážně s Ag/AgCl povrchem, je nutné dostatečně mechanicky očistit a omýt benzin-alkoholem. Jehlové elektrody se sterilizují.

  

Řízení a odstupňování síly

K popsání mechanického a elektrického chování celého svalu poskytuje lepší výpověď o stupňování síly vyvíjené svalem sledování současné činnosti většího množství motorických jednotek (MJ). Zajímavé výsledky byly získány sledováním počtu AP z mnoha MJ a integrací jejich EMG.

CNS může řídit stupeň kontrakce svalu (skupiny svalů) při pohybu pomocí počtu vzrušených MJ (prostorové odstupňování) nebo pomocí frekvence vzruchů (časové odstupňování). Může dojít i k tomu, že vzruch jednoho nervového vlákna vyvolá kontrakci svalových vláken, tvořících celou MJ (počet svalových vláken jedné MJ se značně liší přibližně od 5-10 až po 1600). Při posuzování časového a prostorového odstupňování síly svalu lze upřít pozornost na elektrické projevy některé MJ nebo  registrovat současně projevy více MJ.

Roste-li síla kontrakce do určité hranice se zvyšuje frekvence výbojů pracujících MJ. Po dosažení maxima (asi za 0,1 s) vstupuje do činnosti další MJ (recruitment), která se chová obdobně. Takto se nabírají jednotlivé MJ jedna po druhé. Zesílení velmi slabé svalové kontrakce je uskutečňováno zejména vzrůstem vybíjecích frekvencí MJ, které jsou již v činnosti. Vzrůst volní kontrakce ze střední na maximální se uskutečňuje nasazením dalších, dosud nečinných, MJ. Rozdíly zjištěné při sledování časového a prostorového odstupňování síly kontrakce vznikají tím, že mechanogram je obvykle získáván z celého svalu, zatímco frekvence AP v EMG záznamu je získávána pouze z jednoho okrsku svalů.

 

Motorická jednotka je skupina svalových vláken, která je inervována jedním motorickým neuronem. Počet vláken v jednotce se velmi liší a záleží na jemnosti pohybu svalu. Nejmenší jednotky jsou zřejmě v okohybných svalech (kolem deseti), největší v zádových svalech (až dva tisíce). Svalová vlákna jedné motorické jednotky jsou uspořádána difusně ve větší části svalu. To umožňuje, aby při určitém napětí svalu mohly pracovat jen některé jednotky a ostatní odpočívaly, přičemž se v aktivitě postupně střídají.

 

Aktivita motorické jednotky (MJ) vzhledem k síle

Hlouběji uložené MJ se aktivují při nižších napětích svalu dříve, než MJ na povrchu. Při vyšších aktivitách se aktivita MJ ztrácí v interferenční křivce.

Závislost frekvence MJ na napětí nevyjadřuje jednoznačně časové ani prostorové odstupňování síly volní kontrakce celého svalu. Nelze ji tedy využít pro sledování aktivity svalu v tomto směru. Vztah mezi mechanickou a elektrickou aktivitou svalu nelze zjednodušit na vztah mechanické aktivity svalu k EA MJ ani v případě, kdy je místo frekvence MJ sledována její amplituda či plocha pod křivkou.

Z hlediska možnosti hodnocení elektromyografie umožňuje nejlepší popis izometrická kontrakce, během které nedochází k žádným posunům ani změnám délky svalu.

 

V biomechanice dominují tři aplikace při používání povrchového EMG:

1) Ukazatel zahájení svalové aktivace

2) Udává informace o silových přírůstcích vyvolaných jednotlivými svaly nebo skupinou svalů

3) Ukazatel únavových procesů nastávajících uvnitř svalu

 aktivace svalu

Pro určení aktivace svalu není důležité, jestli je kontrakce izometrická nebo anizometrická. Důležité je, zda EMG signál vzniká jen ze zkoumaného svalu nebo je přítomný i signál ze svalů sousedních.

Jestliže je sousední sval aktivován více než sval pod elektrodou, přeslech může být registrován a výsledek chybně interpretován. Správným umístěním elektrod (na střednici svalového bříška, respektováním inervačních zón) značně snížíme registraci přeslechu.

Dalším důležitým faktorem je časové zpoždění.

 Elektromechanické zpoždění je zpoždění mezi aktivací svalu a konkrétní mechanickou činností svalu která je jeho aktivací vyvolána. Vzniká mezi svalovou aktivací detekovanou EMG a svalovou aktivací, kterou generuje svalová síla. Zpoždění mezi signálem a silou je proměnlivé a závisí na několika parametrech, včetně typu svalového vlákna, rychlosti zapojení dynamiky svalu, viskoelastických vlastnostech svalu a tkáňi šlachy (včetně jejich délek).

Typ vláken ovlivňuje zpoždění, větší obsah rychlých vláken bude zmenšovat zpoždění a opačně.

 

Svalová vlákna a typy svalových vláken

Typy  svalových  vláken

Svalová vlákna mají řadu společných znaků (především anatomic­kých), které dovolují jejich jednotný obecný popis, ale sval je ve skutečnosti heterogenní populací vláken lišících se řadou mik­roskopických, histochemických a fyziologických vlastností.

Tab. 3. 1.   Anatomická  a   funkční   charakteristika   svalových   vláken

 

TYP   VLÁKNA

 

 

ANATOMICKÁ       CHARAKTERISTIKA

 

FUNKČNÍ  CHARAKTERISTIKA

typ  I.,  SO

velmi  tenká a bohatě  kapilarizovaná

statické, pomalé  pohyby; polohové  funkce

typ II. A, FOG

středně  silná  a  kapilarizovaná

 

rychlý a silový  pohyb

typ II. B, FG

velmi  silná a  málo  kapilarizovaná

 

maximální  silový  pohyb

typ  III.

nediferencovaná  vlákna

 

není  známa

Podle uvedených kriterií rozlišujeme čtyři typy svalových vláken:

  • pomalá červená vlákna (typ I., SO, slow oxidative);
  • rychlá bílá vlákna (typ II. A, FOG, fast oxidative and glycolytic);
  • rychlá červená vlákna (typ II. B, FG, fast glycolytic), a
  • přechodná vlákna (typ III., intermediární, nediferencovaná vlákna).

[ Pomalá červená vlákna (SO), jsou poměrně tenká (cca 50 miko­metrů), mají méně myofibril, hodně mitochondrií a přítomnost vět­šího množství myoglobínu (obdoba krevního barviva) jim dodává červenou barvu. Jsou typická velkým množstvím krevních kapilár. Enzymaticky jsou červená vlákna vybavena k pomalejší kontrakci, ale jsou vhodná pro protrahovanou, vytrvalostní činnost. Jsou ekonomičtější a vhodnější pro stavbu svalů zajišťujících spíše statické, polohové funkce a pomalý pohyb. Málo se unaví. Nazývají se také "tonická vlákna" (slow fibres).

Rychlá bílá vlákna (FOG), jsou objemnější (cca 80-100 mikromet­rů), mají více myofibril a méně mitochondrií. Enzymaticky jsou vybavena k rychlým kontrakcím, prováděným velkou silou, ale po krátkou dobu. Jsou méně ekonomická a mají jen střední množství kapilár. Hodí se pro výstavbu svalů zajišťujících rychlý pohyb prováděný velkou silou. Jsou  velmi odolná  proti  únavě.

Používá se pro ně také název "fázická vlákna" (twitch fibres).

Rychlá červená vlákna (FG), mají velký objem, málo kapilár, nízký obsah myoglobinu a nízký obsah oxidativních enzymů. Díky silně vyvinutému sarkoplazmatickému retikulu a vysoké aktivitě Ca a Mg iontů, dochází u těchto vláken k rychlému stahu prováděnému maxi­mální silou, ale vlákna jsou  málo odolná  proti  únavě.

Přechodná vlákna představují vývojově nediferencovanou populaci­ vláken, která je zřejmě potenciálním zdrojem předchozích tří typů vláken.

Zastoupení jednotlivých typů svalových vláken ve svalu má - vzhledem k jejich funkční charakteristice, nepochybně zásadní význam z hlediska svalové  výkonnosti, rychlosti prováděného pohybu, ekonomii  svalové  práce  atd.

¥ Genetická předur­čenost zastoupení svalových vláken v kosterních svalech do jisté míry předurčuje i  výkonostní  parametry každé osoby, která se roz­hoduje nebo je vybírána pro specifickou  sportovní  disciplínu, anebo  je  podrobována  pohybové  léčbě.

Vyšetření  a  určení typu  svalových vláken je možné provést  trojím způsobem:

  • odběrem vzorku svalové tkáně punkční jehlou v místním znecitlivění;
  • odběrem řady vzorků svalové tkáně post mortem nebo při některých typech chirurgických výkonů,a
  • speciální technikou nukleární magnetické rezonance se současnou analýzou biochemických parametrů snímaného svalu (-ů).

V základním textu nemá smysl zabývat se technickými detaily a problémy, které jsou spojeny s určením jednotlivých typů vlá­ken. Postačí konstatování, že první dva metodické postupy vedly k získání zcela základních údajů  o typologii svalových vláken, ale mapování jednotlivých lidských svalů  z  hlediska  jejich  poměr­ného  zastoupení, je  provedeno  zcela  nedostatečně.

Klíčové údaje lze očekávat v integraci výsledků vyšetření svalů a svalových skupin pomocí nukleární magnetické rezonance (NMR), která ve spojení s  elektromyografickými technikami a měřením prů­toku krve svalem (tzv. technika PET), je schopna poskytnout maxi­mum věrohodných údajů pro analyzu složité pohybové aktivity sva­lových skupin. (Jde ovšem o velmi nákladný postup, který zatím použila pouze NASA při sledování reakce několika kosterních svalů v beztížném stavu.)

Obecné konstatování, že v lidských svalech jsou téměř rovnoměrně zastoupena vlákna prvního a druhého typu, dnes neobstojí a údaje pro jednotlivé svaly - byť stále neúplné a diskutované, zcela průkazně vypovídají o heterogenitě svalů z hlediska poměrného zastoupení jednotlivých typů vláken.

Nebyl zjištěn rozdíl v zastoupení typů vláken  u lidí různého  so­matického   typu. Tzn., že endomorf má v dvouhlavém pažním svalu převahu (53,6%) vláken druhého typu, právě tak jako jedinec ekto­morfního typu.

Byly zjištěny rozdíly (u několika svalů) v zastoupení vláken I. (SO)  a  II. (FOG) typu u  mužů a žen. Zdá se, že u mužů převládají silnější vlákna druhého typu s vyšší kapacitou anaerobních enzy­mů, a s větší silou, rychlostí kontrakce, ale také s větší unavi­telností.

Typ  svalových  vláken  je  geneticky  určen. Rychlostní a silové osobnostní znaky jsou podminěny převážně  ge­notypově;  vytrvalostní  znaky  lze  významně  ovlivnit  pohybovými  ak­tivitami.

Lze to vyjádřit i méně "oficiálním" příměrem: sprintér se rodí - vytrvalec se vychovává.

Byla studována i závislost počtu vláken I. a II. typu  na  věku. Lze považovat za prokázané, že po čtyřicátém roku života, dochází k atrofii všech typů vláken. Je sporné, nakolik jsou tyto změny vázány na typologii svalových vláken. Podle některých údajů se zdá, že po dvacátém pátém roku ve svalech roste podíl "pomalých" - vytrvalostních vláken I. typu. Snad  až  o  5%  na  každých  pět  let  věku.

Nakolik jsou tyto údaje obecně platné, a zda-li se týkají jen některých nebo všech svalových jednotek - není známo. Je nesporné, že  s  přibývajícím věkem  roste vytrvalostní  složka  pohybových dovedností.

Rozsáhlou a mnohaletou diskuzi o "předurčenosti" nebo naopak "přecvičitelnosti" některého typu vláken určitým typem pohybového režimu, je možné podle současného stavu vědomostí uzavřít asi takto:

  • Pohybová aktivita má zcela nepochybný plastický vliv na diferenciaci typu svalového vlákna.
  • Specifickou pohybovou aktivitou dochází k vynucené diferenciaci vláken určitého typu.
  • Nově diferencovaná vlákna zřejmě vznikají z nediferencovaných vláken III. typu.

[ To co platí pro diferenciaci svalových vláken působením spor­tovní aktivity, platí pochopitelně i pro léčebně dávkovaný pohyb.Pro potřeby rehabilitace a fyzioterapie je významný i opač­ný fenomén - inaktivita. Zdá se, že vlivem dlouhodobé pohybové inaktivity začínají ve vyřazených svalech převažovat vlákna I. typu.

Z  praktického hlediska, můžeme tuto velmi složitou problematiku zjednodušeně charakterizovat:

FG ==> FOG ==> SO

Schéma říká, že cvičením lze v daném svalu a svalové skupině vy­nutit diferenciaci vláken vysoce odolných proti únavě a vláken, zajišťujících v rámci celého svalu polohové, spíše statické a vy­trvalostní pohybové ukazatele.

Závislost síla - EMG signál

Amplituda EMG signálu obecně roste v závislosti na síle nebo kontrakční rychlosti svalu, tato závislost poskytuje jen kvalitativní údaj o vztahu mezi proměnnými. Při otázce, jak se mění síla během dvou rozdílných úloh, nemůžeme přesně odpovědět.

Mnoho faktorů ukazuje, že závislost nemá pevnou kostru.

Vliv těchto faktorů může být eliminován normalizováním amplitudy EMG signálu a síly mezi kontrakcemi, v kterých se elektroda nepohybuje a kdy vzájemná vzdálenost mezi elektrodou a aktivními svalovými vlákny je fixována. Jestliže se elektroda pohybuje, potom charakteristiky prostorové filtrace mezi aktivními vlákny a detekovanými povrchy budou změněny. Také umístění s ohledem na inervační zóny, svalo-šlachové spojení a střednice svalu se změní. Tyto změny se budou odrážet v EMG signálu.

U anizometrické kontrakce nastává mnoho mechanických, fyziologických a elektrických změn, které ovlivňují vztah mezi silou a amplitudou.

Např. závislost síla-délka svalových vláken se mění nelineárně a tvary akčních potenciálů motorických jednotek (MUAP), které utvářejí EMG signál jsou změněny, protože vzájemná pozice elektrod fixovaných na povrch kůže je měněna s respektováním kontrahujících svalových vláken.

Je obecně známo, že když EMG signál je dostatečně hladký, vztah je monotónní, ale linearita se jeví ve svalech rozdílná (Obr.). Nicméně, protože amplituda povrchového EMG signálu je náhodně proměnná, okamžitá hodnota amplitudy není monotónní s ohledem na hodnotu síly. Při vyšetřování amplitudy se mění funkce síly vzhledem k vnitřním anatomickým a fyziologickým faktorům.

 

Vztah amplituda EMG – sila nemá pevnou kostru ze dvou důvodů:

1) V mnoha svalech objem detekovaný elektrodou je menší než objem svalu. Počet detekovaných MUAP je menší než jejich aktivní počet ve svalu.
Jestliže nově zapojené motorické jednotky jsou umístěny blízko elektrody, potom poměrný růst EMG signálu bude větší než související růst síly, protože nový MUAP bude mít větší podíl než průměrná jednotka energie EMG signálu. Nicméně jestliže nově zapojené motorické jednotky jsou umístěny daleko od elektrody, potom síla bude růst, ale amplituda signálu ne.

2) Když výstup svalové síly vzrůstá přes hladinu nově zapojených motorických jednotek, rychlost zapojování nabraných motorických jednotek bude vzrůstat, ale přínos síly od motorických jednotek nebude nasycen. Každý MUAP bude pokračovat v poskytování energie EMG signálu, zatímco přispění síly se blíží konstantní hodnotě. Tento nelineární vztah způsobuje, že amplituda EMG signálu vzrůstá více než výstup (výkon) síly.

 

Porovnání mezi objekty, svaly a kontrakcemi

Porovnání výsledků mezi různými objekty či svaly je možný po normalizaci a vyhlazení signálu. Běžně se normalizuje síla s ohledem na maximální izometrickou sílu, kterou objekt může vytvářet moment síly v příslušném kloubu.

 Normalizace amplitudy EMG

Normalizací amplitudy EMG signálu lze částečně eliminovat factory ovlivňující jeho vztah k produkované síle u elektrod které se mezi kontrakcemi nepohybují, resp. nemění svou polohu. Zjištěný EMG signál jednotlivých svalů, resp. jejich amplitudu, je vhodné vyhladit. Je nutné pro každý sval detekovat EMG při jeho maximální izometrické kontrakci při totožném umístění elektrod jako při detekci EMG ze zkoumaného pohybu, a i stejným způsobem jej zpracovat a vyhladit amplitudu.

 Pro vyšetření maximální izometrické síly je důležité držet v mezích kloub ovlivňující omezení, které brání plné možné extenzi, přispění síly svalů není přímo spojené s měřenou silou. Pokud je kloub upraven v mezích v dostatečném tvaru, požádáme objekt o tři rozdílné kontrakce. Kontrakce by měly být kratší než 5s. Po vyhlazení a filtrování signálu, použijeme posuvné okno s délkou 1s. Potom největší naměřenou hodnotu síly zaznamenáme. Mezi kontrakcemi by měl být odpočinek minimálně 2min pro zotavení. Kontrakce mají být krátké, takže příspěvek síly k rychle unavujícím vláknům se nezmenší, jako síla budující maximální hodnotu, ale dostatečně dlouhou pro filtraci. Necháme objekt vybrat jeho vlastní způsob produkce síly . Vybereme největší hodnotu jako hodnotu maximální.

 

Porovnání závislosti EMG signálu a síly by mělo být provedeno během izometrické kontrakce. Kloub by měl být dobře fixován, aby přírůstek síly byl jen ze zkoumaného svalu.

Filtrováním signálu s oknem šířky 1s získáme téměř monotónní vztah mezi silou a EMG signálem.

Při získání síly z izometrické kontrakce, ověřit nepřítomnost aktivních motorických jednotek na kraji jejich prahu. Této situaci je třeba se vyhnout zvláště v případech, kde úroveň síly je nízká a amplituda zapojení krajních MUAP je vysoká.

Vyhnout se anizometrickým kontrakcím. Při analyzování anizometrické kontrakce kvantitativně, užít kontrakce, které mají nejmenší krácení a nejpomalejší rychlost.

Jestliže opakovaná anizometrická kontrakce musí být analyzována, vybereme dobu dat z fixované části cyklu a monitorujeme parametry signálu jako cyklický pohyb.

Normalizovat EMG při hodnotách menších než 80% maximální volní kontrakce (MVC). Nad touto hladinou EMG signál a síla neposkytují vhodný referenční bod.

.MVC získáme vybráním největší hodnoty ze tří po sobě jdoucích maximálních izometrických kontrakcí, s odpočinkovou periodou 2min mezi nimi. Nechte objekt vybrat jeho vlastní silovou rychlost k dosáhnutí maximální hodnoty. Během testu pozice objektu musí být podobná, ne-li identická. Opakujte toto měření v každém čase změny experimentálních podmínek.

 

Zpracování EMG signálu

 Filtrace: odfiltrování frekvencí nižších než 20Hz a vyšších než 500Hz – pomocí dvoupásmového filtru. Dale je nutné odfiltrovat frekvenci střídavého elektrického napětí (50Hz Evropa, 60Hz USA), pokud není odfiltrováno hardwarově.

Offset: Nativní EMG data (Graph1) byly nejprve ofsetována, tak aby splňovala předpoklad, že EMG signál je střídavý signál oscilující stejnou vahou do kladných i záporných hodnot (Graph2)

Rektifikace: přehození záporných hodnot do kladných – vytvoření absolutních hodnot ze všech registrovaných amplitud (Graph3). 

Vyhlazení aplitudy EMG: např. zprůměrováním hodnot amplitudy v okně o velikosti 200ms (velikost okna závisí na potřebách a zkušenostech experimentátora) (Graph3 - červeně), nebo vytvořením obálky pomocí Hilbertovy transformace apod.

 EMG Experiment (povrchová elektromyografie)

Pro názornost je zde uveden příklad a postup přípravy a vyšetřování EMG svalu musculus biceps brachii (dvojhlavý sval pažní), při pohybu střídavá flexe-extenze loketního kloubu. Pro registraci EMG byly použity povrchové samolepící diagnostické EMG elektrody firmy Dantec typu CARE 610 na jedno použití (obr material), osmikanálová EMG aparatura s telemetrickým přenosem snímaných signálu, signál z elektrod vedl do předzesiovače a dale do vysílače signálu (obr material), dále je nutné zajistit prostředky pro očištění místa pro nalepení elektrod, oholení chloupků a hrubé očištění smirkovým papírem (obr material).

  1) Vybrání místa pro nalepení elektrod – svalové bříško pro elektrody aktivní, šlacha pro elektrodu referenční (musí být mimo svalové bříško, není nutné vždy umisťovat na šlachu); 

2) Čištění svalového bříška, důležité je vybrané místo zbavit chlupů (oholit), pro hrubé očištění kůže použít jemný smirkový papír (video emg1), benzín pro odmaštění.

3) Lepení elektrod (video emg2); použity povrchové samolepící diagnostické EMG elektrody firmy Dantec typu CARE 610 na jedno použití; v tomto případě bylo použito bipolárního svodu, dvě elektrody aktivní pro snímání AP – umístěny na svalovém bříšku příčně ke svalovým vláknům, jedna elektroda referenční – umístěna nad šlachou; příklad nalepení elektrod na svalech ramenního komplexu (obr rameno1)

Správným nalepením lze minimalizovat přeslech ze sousedních svalů!

4) Po umístění elektrod a připojení předzesilovače (video emg3) je nutné jejich polohu dobře fixovat (obr rameno2) – zabránit jejich pohybu při sledovaném pohybu (video emg4).

V tomto případě byl použit pouze jediný kanál osmikanálové EMG aparatury MTR8 (obr prijimac) s telemetrickým přenosem snímaných signálu firmy MIE s demultiplexorem, dekodérem, filtrem a zesilovačem signálu (obr aparatura).

EMG aktivita byla vyšetřována při pohybu střídavá flexe-extenze loketního kloubu (video emg4). Na monitoru je vidět střídavý průběh registrovaného EMG signálu (video emg5 a video emg6)

EMG měření není obvykle prováděno samostatně, ale za současného vyšetřování pohybu, sil apod. Všechny současně probíhané experimenty je nutné synchronizovat!


Základní metody Nahoru