تعریف و مفاهیم

الکترومیوگرافی یک تکنیک آزمایشگاهی برای ارزیابی فعالیت الکتریکی عضله در حین انتقال پتانسیل عمل است که بیش از 50 سال پیش استفاده از آن رواج یافت. استفاده از سیگنال بیوالکتریک از روش های شناخته شده برای بررسی عملکرد بافت های مختلف بدن است (سودربرگ 2000). الکترومیوگرافی به دو شاخه مختلف تقسیم شده است. الکترومیوگرافی بالینی[1] (CEMG) که به منظور بررسی ضایعات عصبی و سایر بیماری های عصبی عضلانی به کار می رود و الکترومیوگرافی[2](KEMG) که به منظور بررسی نقش الکترومیوگرافی در حرکات مطالعه می شود. استفاده از الکترودهای الکترومیوگرافی (مطالعه فعالیت الکتریکی عضلات) می تواند در اطلاعاتی درباره کنترل و انجام حرکات ارادی یا بازتابی فراهم کند. فیزیوتراپیست ها به عنوان نخستین استفاده کنندگان این تکنیک KEMG  را در جهت ارزیابی عملکرد عضله استفاده کردند. در اشکال عمومی تر KEMG برای فعالیت عضله برای عملکرد، کنترل و یادگیری استفاده می شد. مثال هایی از کاربردهای اختصاصی از آن شده شامل، 1) ارزیابی عملکرد عضله در حین یا در نتیجه فعالیت بدنی یا روندهای درمانی 2) فراهم کردن بیوفیدبک برای بیماران و 3) ارزیابی «کنترل» با اندازه گیری زمان شروع فعالیت عضله و مدت زمان آن.

برای ثبت سیگنال از عضلات دو نوع الکترود سطحی و عمقی وجود دارد که استفاده از هر کدام به هدف مطالعه بستگی دارد، ضمن اینکه تفاوت هایی با هم دارند. عمقی بیشتر برای ثبت دقیق فعالیت عضلات عمقی و واحد حرکتی به طور متمایز و همچنین اطمینان از اینکه از عضله عمقی نمونه گرفته ایم در حالی که سطحی برای ثبت فعالیت الکتریکی کلی یک عضله سطحی می باشد تحقیقات، پایایی بیشتر سطحی را نشان داده اند (سودبرگ، 2000) (47).

مبانی پایه و فیزیولوژیک الکترومیوگرافی سطحی

همواره در ذهن کسی که اطلاعات کمی در مورد الکترومیوگرافی دارد سوالاتی در مورد منبع تولید سیگنال های آن در بدن، ماهیت این سیگنال ها چگونگی ثبت این سیگنال ها توسط دستگاه و غیره شکل می گیرد.واحد انقباضی عضله، واحد حرکتی است. به یک عصب حرکتی و تارهای عضلانی که توسط آن عصب دهی می شوند واحد حرکتی گفته می شود. منشا اصلی سیگنال های الکترومیوگرافی پتانسیل عمل[3](AP) ها هستند. برای تولید نیروی عضلانی، فیبرها باید ایمپالس ها را از نورون ها حرکتی دریافت کنند. نورون های حرکتی بوسیله سیستم عصبی مرکزی فعال می شوند و این ایمپالس های الکتریکی را رو به پایین و به سمت نرون های حرکتی و صفحه های انتهایی انتقال می دهند. در سیناپس های اختصاصی با اتفاقات یونی که می افتد منجر به تولید پتانسیل عمل در فیبرهای عضلانی می شود. حتی در حالت استراحت، عضلات بافت های تحریک پذیری دارند که فعالیتهای الکتریکی آنها می تواند ثبت شود. درون فیبرهای عضلانی پتانسیل الکتریکی در حدود 90/. میلی ولت می باشد. این شیب ولتاژی در نتیجه وجود تفاوت بین غلظت یونهای سدیم و پتاسیم و کلر در سارکولما می باشد. به علاوه پتانسیل استراحت غشا ضرورتا ثابت نیست و می تواند تغییر کند؛ مثلا با انجام تمریناتAP. پیغام عصبی است که مسئول فعالیت فیبرهایی است که هر کدام از سارکومرهای آن نقشی در تولید نیرو دارند. این فرآیند با تغییر در نفوذ پذیری غشا عضلانی به سدیم شروع می شود. به خاطر اینکه غلظت این یون های سدیم در خارج از فیبرهای عضلانی نسبتا بیشتر است، هر تغییر در نفوذپذیری باعث جریان یافتن سدیم(Na) در سرتاسر غشا می شود. سرانجام وقتی یون ها به میزان کافی وارد سلول شدند، اختلاف پتانسیل معکوس می شود و درون سلول در حدود 30 میلی ولت مثبت تر می شود. همزمان که غلظت پتانسیل غشا معکوس است، نفوذپذیری غشا نسبت به پتاسیم(k+) تغییر و در نتیجه k از سلول خارج می شود. میزان زیاد بیرون ریزی k سلول را ریپولاریزه می کند و آن را به پتانسیل استراحت غشا بر می گرداند (گایتون و هال، 1384) (48).

روی هم سوار شدن پتانسیل عمل های واحدهای حرکتی: آنچه در بالا در مورد پتانسیل عمل توضیح داده شد مربوط به چگونگی ثبت یک موج برآیند در داخل یک واحد حرکتی می باشد. در حالی که می دانیم در سطح مقطع یک عضله تعداد زیادی واحد حرکتی وجود دارد. در KEMG تمامی این پتانسیل های عمل زیر الکترودها به صورت الکتریکی روی هم سوار می شوند و در نهایت به صورت یک موج دو قطبی که حاوی دامنه های مثبت و منفی می باشد، ثبت می شود. به این فرآیند الگوی تداخل می گویند.

عوامل موثر بر دامنه و تراکم موج های الکترومیوگرافی: دو عامل موثر بر دامنه و تراکم موج های الکترومیوگرافی عبارتند از:

  1. تعداد واحدهای فعال
  2. فرکانس آتش واحدهای فعال

سیگنال های خام الکترومیوگرافی: به موج اولیه نمایش داده شده توسط دستگاه EMG که هنوز از هیچ فیلتری عبور داده نشده و حاصل روی هم سوار شدن سیگنال های واحدهای حرکتی فعال در داخل عضله است، اصطلاحا سیگنال خام الکترومیوگرافی می گویند. این سیگنال ها می توانند دامنه ای بین 1-5000 میکروولت و فرکانسی بین 6 تا 500 هرتز را داشته باشند (کونراد، 2005) (49).

عوامل موثر بر سیگنال های EMG: از زمان ایجاد شدن سیگنال ها در غشای عضلات تا زمان ثبت توسط دستگاه الکترومیوگرافی ممکن است شکل و خصوصیات آنها تحت تاثیر برخی عوامل قرار گیرند اعم از:

  1. خصوصیات بافت های بدن: بدن انسان یک هادی خوب برای الکتریسیته می باشد ولی متاسفانه میزان هدایت الکتریسیته در بافت های بدن بر حسب نوع بافت، ضخامت بافت و دمای بافت متفاوت می باشد. این عوامل نیز بین افراد متفاوت است.
  2. کراس تاک (Cross talk): یکی از مسائل بسیار مهم در EMG توانایی الکترودها در ثبت انتخابی سیگنال از عضله مورد نظر است. چنانچه در طی ثبت و دریافت سیگنال های یک عضله خاص، سیگنال عضلات دیگر نیز ثبت می شود در این هنگام این پدیده رخ می دهد. بزرگی و میزان بروز این پدیده به عوامل زیر بستگی دارد:

الف- عضلات مورد بررسی و نقش آنها در عملکرد مورد نظر  ب- نوع، نحوه قرار گرفتن و موقعیت الکترودها  ج- نحوه پردازش سیگنال ها  د- میزان تلاش فرد برای منقبض کردن عضله. از جمله   Cross talk های مهم نمایش سیگنال های الکتروکاردیوگراف ([4]ECG) در سیگنال های EMG می باشد.

  1. تغییر مکان عضله و محل اتصال الکترود روی پوست نسبت به یکدیگر در هنگام حرکت دینامیک و سریع
  2. الکترودها و تقویت کننده: کیفیت و جنس الکترودها و نویزهای ناشی از خود تقویت کننده های داخل دستگاه الکترومیوگرافی ممکن است از عوامل تاثیر گذار بر امواج EMG باشد.

اساسا در هر نوع سیستم الکترو فیزیولوژیک حساس، امواج کوچک خروجی ظاهر می شود که حتی هنگام عدم وجود سیگنال ورودی نیز مشاهده می گردند که به آن نویز یا نوفه گفته می شود. با اضافه شدن نویز به سیگنال، پردازش سیگنال مشکل می شود. این مورد کاملا شبیه تداخل پارازیت هنگام صحبت با تلفن است که صحبت کردن را مشکل می نماید. نویزها به دو دسته کلی نویزهای با منشا داخلی و نویزهای با منشا خارجی تقسیم می شوند(49).

نویزهای داخلی یا الکتریکی: این دسته از نویزها مربوط به مدار الکتریکی داخل دستگاه EMG می باشد که به آن ها نویز تجهیزات می گویند که خودشان شامل دو دسته اند: الف) نویز حرارتی: این نویز در اثر عبور جریان از الکترودها و ایجاد مقاومت در مسیر عبور الکترون ها تولید می شوند و در واقع در درونده آمپلی فایر توسط حرکت تصادفی الکترون ها در آمپلی فایر به وجود می آیند. ب) نویر آمپلی فایر: میزان این نویز به جنس نیمه هادی آمپلی فایر بستگی دارد. استفاده از آمپلی فایر با توان مصرفی کم، این دسته نویزها را کاهش می دهد.

نویزهای خارجی: این دسته نویزها مربوط به منابع خارج از دستگاه EMG مربوط می باشد و نویزهای تداخلی نامیده می شوند و شامل پتانسیل های بیوالکتریک ناخواسته مانند امواج الکتروکاردیوگراف و سیگنال برق شهر و فرکانس های مختلف امواج رادیویی می باشد.

از دیگر انواع نویزهای خارجی آرتیفکت مکانیکی و یا آرتیفکت حرکتی می باشد که منابع زیر در ایجاد این دسته از نویزها نقش دارند: الف) محل الکترودها با بافت: بر هم خوردن تعادل شیمیایی در محل اتصال الکترود و بافت پتانسیل پولاریزه را دگرگون می کند و نتیجه آن جریانی است که نویز نامیده می شود (در  صورتی که از ژل هادی استفاده شود امکان ایجاد این نوع نویز وجود دارد). ب) پتانسیل های پوستی: به طور طبیعی مرگ سلول های پوستی پتانسیل الکتریکی تا حدود 20 میلی ولت ایجاد می کند که با کشیده شدن پوست مقدار آن تغییر می کند و این تغییر نویز به حساب می آید. ج) حرکت سیم های الکترود: حرکت سیم های انتقال دهنده سیگنال در میدان های الکترومغناطیسی باعث ایجاد جریان های القایی در سیم ها در نتیجه نویز خواهند شد. از دیگر موارد مهم آرتیفکت برق شهر می باشد. شایع ترین آرتیفکت ها در واقع برق سینوسی شهر 60-50 هرتز می باشد (49).

[1]Clinical EMG

[2]Kinesiological EMG

[3]. Action potential

[4]. Electro Cardio Graph