Электромиография произвольного усилия
При слабом мышечном сокращении можно зарегистрировать активность отдельных моторных единиц [1, 4, 7]. Для этого используются игольчатые электроды, которые вводят в толщу мышцы. Потенциал действия моторных единиц в мышцах здоровых людей имеет 2–3 фазы. Если электрод располагается вблизи синапсов, то первая фаза потенциала действия отрицательная. При расположении электродов вне синаптической зоны первый компонент ПД положительный.
Основная часть ПД двигательной единицы формируется за счет суммации ПД мышечных волокон, расположенных близко к отводящей поверхности электрода. Длительность ПД колеблется в широких пределах, поэтому для оценки этой величины используют средние показатели, измеряя не менее 20 ПД. Для этого электрод перемещают по вертикали, регистрируя ПД на различной глубине погружения и перемещая электрод в 4 направлениях от места введения. Длительность ПД моторных единиц у лиц определенного возраста стабильна (средняя длительность).
Увеличение длительности ПД свидетельствует о расширении зоны иннервации и включении в моторную единицу новых мышечных волокон. Такое происходит при нарушении иннервации мышцы. Тогда оставшиеся нервы берут на себя функцию иннервации мышечных волокон погибших нервов.
Укорочение длительности ПД моторных единиц характерно для первичных мышечных расстройств.
Амплитуда ПД моторной единицы ≈ 200–300мкВ. С помощью специального электрода исследуется плотность мышечных волокон в двигательной единице. При денервации и последующей реиннервации плотность волокон в моторной единице возрастает.
Разработаны электроды с большой отводящей поверхностью и метод называется макроэлектромиография, а регистрируемые потенциалы – макропотенциалы двигательных единиц.
В случае отведении ЭМГ поверхностными электродами при максимальном напряжении мышцы у здорового человека средняя амплитуда колебаний ЭМГ составляет от 100 до 200с-1 (Гц). При вторичных или денервационных расстройствах, когда уменьшается количество работающих моторных единиц, частота уменьшается, амплитуда растет.
Рис.. Электромиограммы при различных способах отведения потенциалов: а — игольчатый электрод; потенциалы двигательной единицы при слабом сокращении мышцы; б — накожные электроды
Вызванные электрические ответы мышцы.
Кроме исследования электрической активности мышц в покое, при рефлекторных и произвольных сокращениях, современная комплексная методика клинической электромиографии включает исследование электрических реакций нервов и мышц на электрическую стимуляцию [1, 2, 4, 7, 9]. Аппаратура и способы регистрации вызванной стимуляцией электрической активности те же, что и в обычной электромиографии. Для стимуляции нервов и мышц используют электростимуляторы.
Стимуляцию мышц производят накожными электродами в двигательных точках, стимуляцию нервов согласно зонам их проекции на кожу. Стимулирующие электроды изготавливают в виде металлических дисков диаметром 6-8мм или фетровых фитилей того же диаметра, вмонтированных в металлическую обойму и смачиваемых изотоническим раствором хлорида натрия. В некоторых случаях глубокого залегания ствола нервов используют монополярные игольчатые электроды. При монополярной стимуляции катод располагают вблизи нерва, а анод - в виде большой металлической пластины с противоположной стороны конечности. При стимуляции через кожу принято использование пары электродов, вмонтированных в пластмассовую колодку на стандартном расстоянии 15 мм между ними.
Для отведения вызванной активности мышц и нервов обычно используют металлические диски диаметром 6-8мм, иногда для получения ответов глубоко залегающих мышц и нервов применяют монополярный игольчатый электрод. Для получения электромиографического ответа на стимуляцию нерва активный электрод располагают в зоне иннервации соответствующей мышцы, а индифферентный - на ее сухожилии или над близлежащим костным выступом (лодыжка, пальцы и др.). При регистрации ответа нерва активный электрод располагают на коже над зоной прохождения нерва, индифферентный – с противоположной стороны конечности.
Стимуляционные методы в диагностике нервно-мышечных заболеваний решают следующие основные задачи:
1) исследование прямой возбудимости мышц;
2) исследование нервно-мышечной передачи;
3) исследование состояния мотонейронов и их аксонов;
4) исследование состояния чувствительных волокон периферических нервов.
Стимуляционная ЭМГ.
При непрямой стимуляции мышц регистрируется несколько электрических колебаний и наибольшее значение из них имеет мышечный ответ (М–ответ) [4, 9, 11]. Он отражает возбуждение мышечных волокон вследствие распространения возбуждения к мышце по моторным нервам. Амплитуда мышечного ответа зависит от количества аксонов, возбужденных при стимуляции.
При силе тока, превышающей на 50% силу, необходимую для получения максимального М–ответа, стимулируются все аксоны, идущие к мышце и активны все двигательные единицы мышцы. Амплитуда М–ответа в этом случае свидетельствует о количестве иннервированных мышечных волокон. Снижение или увеличение амплитуды ответа при такой стимуляции свидетельствует (при повторных обследованиях) об изменении количества иннервированных волокон в мышце.
Метод вызванной активности используется для определения скорости проведения возбуждения по нервам. Для этого 2 пары раздражающих электродов устанавливаются на нерв. Между ними замеряют расстояние. Регистрируются ответы при раздражении каждой пары отдельно; измеряется время латентного периода каждого ответа. Латентный период – это скрытый период: время от нанесения раздражения до появления ответной реакции.
Скорость распространения возбуждения (СРВ) зависит от возраста, т. к. связана с наличием миелиновой оболочки у двигательных нервов.
Возбуждение по таким нервам распространяется сальтоторно, или скачкообразно. Скорость проведения может быть в зависимости от толщины нерва, расстояния между перехватами Ранвье – от 18м/с (группа В) до 120 м/с (группа А). Внутри группы А волокна еще подразделяются на подгруппы: Аα, Аβ, Аγ, А∆. Полная миелинизация нерва у ребенка и увеличение скорости проведения возбуждения происходит к 14–15 годам, и на этом уровне удерживается практически до старости. Скорость распространения возбуждения зависит и от температуры окружающих тканей, поэтому температура кожи в области раздражения должна быть 32оС.
Изменение амплитуды М–ответа при непрямой стимуляции мышцы сверхмаксимальной силой тока широко используется в клинике для исследования нервно-мышечной передачи. У здоровых людей при стимуляции с частотой 3Гц амплитуда М–ответа не меняется, а у больных с поражением синапсов отмечается снижение каждого последующего ответа и максимальное снижение на 5 ответе. Это говорит о том, что к части мышечных волокон сигналы не доходят из–за поражения синаптической передачи. Критерием тяжести синаптических расстройств является отношение амплитуды 5-го ответа к первому в процентах.
При исследовании синаптических процессов используются функциональные пробы:
1) стимуляция нерва с частотой 3 Гц после произвольного напряжении мышцы. При этом в синапсах происходит постактивационное истощение медиаторов.
2) стимуляция мышцы с частотой 3 Гц после предварительной стимуляции с более высокой частотой. В синапсах при этом происходит посттетаническое истощение медиатора.
3) стимуляция на фоне ишемии. Изменение амплитуды М–ответа при стимуляции с частотой 50 Гц используется для изучения выделения и ресинтеза (повторного синтеза) медиатора ацетилхолина.
Анализ собственно ЭМГ составляет предмет электромиографической семиотики, которая устанавливает связь между определенными характеристиками потенциалов и соответствующими им физическими, физиологическими и патологическими феноменами.
Анализ ЭМГвключает оценку формы, амплитуды и длительности потенциалов действия отдельных мышечных волокон и двигательных единиц и характеристику интерференционной активности, возникающей при произвольном мышечном сокращении.
Форма отдельного колебания мышечного потенциала может быть моно-, ди-. три- или полифазной. Как и в электроэнцефалографии, монофазным называется такое колебание, при котором кривая совершает отклонение в одну сторону от изоэлектрической линии и возвращается к исходному уровню. Дифазным называется колебание, при котором кривая по совершении отклонения в одну сторону от изоэлектрической линии пересекает ее и совершает колебание в противоположной фазе; трехфазное колебание совершает соответственно три отклонения в противоположные стороны от изоэлектрической линии. Полифазным называется колебание, содержащее четыре и более фаз.
В электромиографии принято такое подключение пары электродов на входы усилителя, что отрицательное отклонение потенциала под активным электродом вызывает смещение на экране осциллографа, направленное вверх. Соответственно отклонение вниз от изоэлектрической линии означает положительное колебание потенциала. При характеристике фазности потенциала указывают его полярность: "положительное монофазное колебание", "двухфазное негативно-позитивное колебание" и т. д.
Рис.. Измерение параметров потенциала ДЕ. А - амплитуда (285 мкВ); t - длительность (15 мс); К - калибровочный сигнал.
Амплитуда колебаний измеряется в микровольтах (мкВ) или милливольтах (мВ) между наиболее высокой и наиболее низкой точками электрографической кривой (от пика до пика). Длительность потенциала измеряется от начального отклонения до возвращения его к изоэлектрической линии, включая все фазы колебания .
Кроме этих параметров, характеризующих отдельные потенциалы волокон и моторных единиц мышц, оценивается также частота следования потенциалов. Частота оценивается количеством пиков одной полярности за секунду и записывается в форме дроби, в числителе которой стоит число колебаний, а в знаменателе- обозначение секунды (например, 20/с). Помимо этого, дается также оценка характера группирования потенциалов, ритмичности соответствующих групп и частоты их следования.
ЭМГ также применяется для оценки коэффициента трудоспособности. По сигналу лампочки спортсмен быстро сокращает мышцу, а при отключении лампочки быстро расслабляет ее. Регистрируется время от зажигания лампочки до появления первых зубцов ЭМГ – латентный период напряжения (ЛПН) и время от выключения лампочки до резкого снижения амплитуды ЭМГ – латентный период расслабления (ЛПР). Последовательно проводят 3–5 замеров с интервалом в 10 секунд и вычисляют коэффициент работоспособности (КР): КР = ЛПН / ЛПР. При утомлении особенно растет ЛПР.
Стабилоплатформы
Стабилоплатформами называют приборы, измеряющие реакцию опоры при походке человека или его устойчивом положении для количественного описания биомеханических параметров ходьбы. Стабилоплатформа представляет собой пластину или группу пластин, прямоугольной или треугольной формы, оборудованными пьезо- или тензодатчиками.
Простейшая конструкция стабилоплатформы может измерить только вертикальную составляющую силы. Более совершенные модели могут измерить три проекции силы в трехмерном пространстве [2].
Для изучения анализа походки, стабилоплатформы используются несколько пластин с датчиками, распределенными по всей поверхности пластины [2].
Стабилоплатформы классифицируются как по количеству пластин, так и по типу датчиков пьезодатчики, тензодатчики и т.д.
Существуют стабилоплатформы в виде лестницы для изучения походки.
Измерения от стабилоплатформы могут изучаться как отдельно, так и в совокупности с данными, полученными при изучении кинематики движения. Если спортсмен совершает прыжок вдоль стабилоплатформы, то данных платформы достаточно для расчета ускорения, работы, мощности, угла прыжка и расстояние прыжка. Одновременный видеоанализ позволит также рассчитать крутящий момент, работу и мощность в каждом суставе с помощью решения обратной задачи динамики.
