Лабораторная 1. Electromiographya

Электромиография (ЭМГ)
Введение
В этой лабораторной работе вы будете исследовать электрическую
деятельность скелетной мышцы, записывая электромиограмму (ЭМГ) у
добровольца. Вы будете исследовать ЭМГ добровольной и вызванной
активности мышцы и будете измерять скорость проводимости нерва.
Ранняя поверхностная запись ЭМГ.
Джон Бесмэджиен, пионер этой техники,
находится в центре фотографии.
Задачи курса:
К концу сегодняшней лабораторной работы вы сможете:
 сделать запись ЭМГ во время произвольных сокращений мышцы и
провести исследование, как сила сокращения изменяется с
увеличением нагрузки;
 исследовать деятельность антагонистических мышц и явление
коактивации;
 сделать запись ответов ЭМГ, вызванных стимулированием среднего
нерва в запястье;
 измерить скорость проводимости нерва в зависимости от разницы во
времени ожидания между ответами, вызванными возбуждением
нерва в запястье и локте.
Процесс
Предостережение!
Некоторые упражнения требуют применения электрического тока к мышцам
через электроды, помещенные на кожу.
Люди,
у
которых
есть
кардиостимуляторы
или
страдающие
неврологическими или сердечными заболеваниями, не должны быть
добровольцами в таких упражнениях.
Если доброволец чувствует большой дискомфорт во время упражнений,
сразу же прекратите упражнение и проконсультируйтесь со своим
преподавателем.
Приложение электрода:
1. Снимите часы, драгоценности и пр. с ваших запястий.
2. Подключите кабель Bio Amp с пятью проводами к гнезду Bio Amp на
устройстве PowerLab.
3. Вставьте пять цветных свинцовых проводов в кабель Bio Amp, как
показано на рисунке.
4. Твердо обмотайте сухой заземляющий ремешок вокруг ладони или
запястья. Ворсистая сторона сухого заземляющего ремешка должна
установить полный контакт с кожей. Приложите зеленый свинцовый
провод к заземляющему ремешку. Если у сухого заземляющего
ремешка есть единственный соединительный провод, он должен быть
помещен на ближайший к заземляющему кабелю контакт.
5. Если есть спиртовые тампоны, тщательно промойте ими кожу в каждой
области, куда будут помещены электроды. Сделайте небольшие
пометки на коже, лежащей над мышцей бицепса, для расположения
записывающих электродов, как показано на рисунке. Пометки должны
быть на расстоянии в 2-5 см и выровнены по продольной оси руки.
Слегка протрите кожу в этих областях абразивным гелем или
тампоном.
Это важный шаг, поскольку он уменьшает электрическое
сопротивление внешнего слоя кожи и гарантирует хороший
электрический контакт.
6. Подготовьте кожу трицепса для того, чтобы приложить электроды, как
описано в общих чертах в шаге 5 для бицепса. Расположение
записывающих электродов трицепса показано на рисунке.
7. Подготовьте одноразовые ЭКГ электроды, удалив пленку. Поместите
электроды на кожу, на отмеченные кресты так, чтобы они хорошо
держались.
8. Подключите четыре экранированных свинцовых провода к портам на
кабеле Bio Amp на положительный и отрицательный, 1 канал и 2 канал.
9. Защелкните свинцовые провода из 1 канала Bio Amp на электродах на
бицепсе испытуемого. Защелкните свинцовые провода из 2 канала на
Bio Amp кабеле на электродах на трицепсе испытуемого. Выбор
положительного и отрицательного электрода значения не имеет.
10.Проверьте, что все четыре электрода и сухой заземляющий ремешок
должным образом подключены к испытуемому и Bio Amp кабелю
перед процессом.
11.Удостоверьтесь, что PowerLab подключен и включен.
Упражнение 1
Вы зарегистрируете электрическую активность во время произвольных
сокращений мышцы и исследуете, как она изменяется с увеличением
нагрузки.
Два канала, расположенные ниже на панели LabTutor, показывают
необработанный сигнал активности; два канала, расположенные выше,
показывают объединенную активность, вычисленную от необработанного
сигнала. Объединенная активность обычно используется в оценке функции
мышцы, потому что ее легче количественно определить.
Во время эксперимента используйте автомасштаб каждый раз, когда
необходимо убедиться, что вы видите все записанные данные.
1. Сядьте в расслабленном положении, согнув локоть под углом 90 ° и
ладонью, обращенной вверх. Используйте вторую руку, чтобы
обхватить запястье руки, с которой записывается сигнал.
2. Добавьте комментарий к записи с вашим именем.
3. Нажмите Старт.
4. Добавьте комментарий "сокращение бицепса" и сразу же сделайте
умеренное сокращение мышцы бицепса, пытаясь согнуть руку дальше
и мешая этому движению другой рукой. Наблюдайте сигнал.
5. Введите комментарий "сокращение трицепса", и сразу же сделайте
умеренное сокращение мышцы трицепса, пытаясь выпрямить руку и
мешая этому движению другой рукой.
6. Повторите шаги 3 - 5, но на сей раз сделайте максимальное
сокращение бицепса и затем мышц трицепса.
7. Нажмите Стоп.
Не забудьте нажать автомасштаб, если записанная дорожка сигнала не
видна полностью в панели LabTutor.
8. Опять сядьте в расслабленном положении, согнув локоть под углом в
90° и ладонью, обращенной вверх. Локоть должен держаться на весу,
не облокачиваясь на опору.
9. Нажмите Старт, чтобы продолжить запись.
10.Убедитесь, чтобы кто-то поместил книгу или подобный предмет
схожего веса на вашу руку и добавил комментарий "одна книга".
11.Оставьте книгу на месте в течение двух - трех секунд, чтобы сделать
запись изменения ЭМГ.
12.Уберите книгу.
13.Нажмите Стоп.
14.Повторите шаги 9-13 для двух, затем трех, затем четырех книг,
использую всё увеличивающийся вес, добавляя комментарий каждый
раз.
Анализ
1. Просмотрите записанные данные и обратите внимание на изменения
активности в необработанном канале бицепса (Бицепс). Отметьте также,
что размещение веса на руке мало или совсем не сказывается на
активности мышцы трицепса.
2. Выберите небольшую часть активности "Бицепса" и исследуйте ее более
подробно, устанавливая горизонтальное сжатие 1:1 и нажмите
автомасштаб. Отметьте, что необработанный сигнал ЭМГ состоит из
многих частично накладывающихся шипов.
3. Отметьте зависимость между необработанной записью (Бицепс) и
объединенной записью (Объединенный Бицепс). Высота объединенной
записи отражает полную активность необработанного сигнала ЭМГ и дает
более простой вид электрической активности мышцы.
4. Используйте курсор сигнала и панель значения, чтобы записать в таблицу
амплитуд данные из объединенной записи при добавлении и удалении
веса. Знаение записи коррелирует с усилием, приложенным мышцей.
Упражнение 2
Вы будете исследовать активность антагонистических мышц и явление
коактивации.
Процесс
1. Сядьте в расслабленном положении, согнув локоть под углом 90 ° и
ладонью, обращенной вверх. Используйте вторую руку, чтобы
обхватить запястье руки, с которой записывается сигнал.
2. Активизируйте бицепс и трицепс поочередно, как вы делали в
упражнении 1. Практикуйте эту переменную схему, пока вы не
почувствуете, что обе мышцы одинаково активизируются по очереди.
3. Нажмите Старт.
4. Выполняйте переменную схему активации в течение 20 - 30 секунд.
5. Нажмите Стоп.
6. Исследуйте свои данные. Сигнал должен быть похож на этот:
Анализ
1. Просмотрите записанные данные и изучите дорожки записи ЭМГ для
бицепса и для трицепса.
2. Отметьте крупномасштабное чередование активности в бицепсе и
трицепсе.
3. Отметьте, что, когда мышца бицепса возбуждена сильно, есть
незначительное увеличение активности в трицепсе. Соответственно,
есть незначительное увеличение активности в дорожке записи бицепса,
когда трицепс возбужден. Это явление называют «коактивацией». Его
физиологическое значение не очнь понято, хотя она, возможно, служит,
чтобы стабилизировать сустав локтя.
4. Измерьте и вставьте значения в таблицу объединенной ЭМГ максимума
для бицепса и трицепса во время сокращения бицепса и трицепса.
Используйте для этого две панели начений.
Процесс
Для следующего упражнения вы будете стимулировать средний нерв
запястья и запишите активность отводящей мышцы (мышцы большого
пальца). Вы можете продолжить с тем же самым испытуемым или выбрать
кого-то еще.
Сокращения мышцы и ощущения, такие как покалывания или
краткосрочные болевые ощущения, связаны с возбуждением нерва.
Так как только два из четырех записывающих электродов необходимы в этом
упражнении, сделайте следующее:
 отсоедините провода записывающего электрода от гнезд 2 канала
Bio Amp кабеля и удалите их электроды с трицепса испытуемого
 удалите электроды с бицепса испытуемого, но оставьте их
соединительные провода, связанные с гнездами 1 канала Bio Amp.
Теперь продолжайте с установкой:
1. С помощью шариковой ручки сделайте небольшие пометки на коже
выше отводящей мышцы большого пальца для расположения
записывающих электродов, показанных на рисунке. Пометки должны
быть на расстоянии 2-3 см.
2. Слегка протрите кожу в этих областях абразивным гелем, чтобы
уменьшить ее электрическое сопротивление.
3. Возьмите два новых одноразовых ЭКГ электрода. Если клейкая
подушка слишком большая – обрежьте её немного, чтобы они
соответствовали тому, что показано на рисунке.
4. Приложите электроды к коже на пометки, которые вы сделали. Чтобы
уменьшить движение электрода, можно использовать лейкопластырь,
чтобы прикрепить провода к коже рядом с электродами.
Точка на задней стороне стимулирующего электрода указывает на
положительный электрод. Разместите отрицательный электрод ближе
к запястью, как показано на рисунке. Электрод должен лежать вдоль
оси руки, с проводами, направленными по руке.
5. Присоедините
стимулирующий
стержневой
электрод
к
изолированному стимулирующий
выходу PowerLab: красный
(положительный) присоедините к красному выходу и черный
(отрицательный) присоедините к черному выходу.
6. Нанесите небольшое количество электродного крема на две
серебряные подушки стимулирующего стержня.
7. Поместите стимулирующий электрод на средний нерв испытуемого на
запястье (приблизительное размещение показано на рисунке).
8. Включите выключатель стимулятора. Изолированный стимулятор
становится активным только во время квантования; он внутренне
выключен всё другое время.
Упражнение 3
Вы будете стимулировать средний нерв в запястье и записывать активность
отводящей мышцы (мышцы большого пальца).
Процесс
1. Установите
значение импульсного тока
в изолированной
стимулирующей рамке на 8 mA, нажимая стрелки или перемещая
ползунок. После 0.05 секунд запись автоматически остановится.
2. Нажимайте Старт каждый раз, когда вы хотите начать стимуляцию.
Вы увидите сигнал, который выглядит примерно так:



Надавите рукой на заднюю часть стимулирующего электрода,
чтобы убедиться, что нерв стимулируется и электрод находится
на своем месте во время упражнения.
Если вы не видите ответа, увеличьте амплитуду стимула путем
увеличения силы тока шагами по 2 mA до 12 mA.
Если вы по-прежнему не можете получить ответ, попытайтесь
стимулировать локтевой нерв. (У некоторых людей отводящая
мышца возбуждается локтевым нервом вместо среднего нерва это пример анатомического разнообразия).
3. Как только ответ станет виден, отрегулируйте электрод, чтобы найти
наилучшее положение для стимуляции, ориентируясь на амплитуду
ответа.
4. Продолжайте увеличивать силу тока, пока либо вы не достигните
20 mA, либо амплитуда ответа не перестанет увеличиваться.
5. Выключите переключатель стимулятора.
6. Удалите стимулирующий электрод и отметки с углубления,
оставшегося от электрода, вдавленного в кожу руки.
Анализ
1. Используйте прокрутку, расположенную внизу панели LabTutor, чтобы
просмотреть данные, записанные при стимулировании запястья.
2. Измерьте латентный период одного сигнала (величина сигнала не
имеет никакого значения).
'Латентный период' – время
от начала подачи стимула
(начало каждой регистрации)
до начала вызванного ответа.
Отметим, что вы можете
видеть
очень
раннее
отклонение осциллограммы.
Это - артефакт стимула, он
должен
быть
проигнорирован.
3. Нажмите в точку, где начинается ответная реакция.
4. Перенесите значение задержки из панели значения в колонку «время
ожидания» (Запястье) в таблице. В следующем упражнении вы будете
стимулировать нерв в локте и снова измерять латентный период.
Упражнение 4
Вы измерите ответы, вызванные возбуждением нерва в локте. Латентный
период этих ответов более длительный, чем вызванный возбуждением
нерва в запястье. Вы сможете вычислить скорость проводимости нерва по
различию в латентных периодах.
Установка
1. Поместите пластинку стимулирующего электрода на середину
передней части локтя, как показано на рисунке. Электрод требует
более устойчивой фиксации на локте, чем на запястье, потому что нерв
находится глубже в тканях. Направление электрода должно быть такое
же, как для стимулирования запястья: красная точка располагается
дальше от локтя.
2. Включите переключатель стимулятора на панели PowerLab.
Процесс
1. Установите ток в стимуляторной панели на 8 mA.
2. Нажимайте Старт каждый раз, когда вы хотите начать стимуляцию.
Сделайте это несколько раз, используя низкую амплитуду, чтобы
помочь найти лучшее положение для электрода.
3. Если вы не можете получить ответную реакцию, увеличьте ток стимула.
4. Как только вы нашли лучшее положение для пластины стимульного
электрода, увеличьте стимул до 15-20 mA.
5. Нажмите Старт.
6. Повторите несколько раз.
7. Выключите переключатель стимула.
8. Удалите стимульный электрод и отметку ручкой с углубления,
оставшегося от электрода, вдавленного в кожу. Удалите
регистрирующие электроды.
Анализ
1. Измерьте и запишите расстояние между пометками на локте и
запястье. Это расстояние между местами стимулирования.
2. Используйте шаги, описанные для анализа возбуждения нерва в
запястье, чтобы измерить латентный период одного сигнала в панели
LabTutor.
3. Запишите значение латентного периода в таблице.
Скорость проводимости
используя уравнение:
вычислена
автоматически
Скорость = Расстояние ÷ Время
Единицы скорости - мм/мс или, эквивалентно, м/с.
в
таблице,
Отчет
Упражнение 1: Произвольное сокращение
Обучающие вопросы:
1. В отличие от дискретного сигнала электрокардиограммы,
электромиографический сигнал нерегулярен. Как вы считаете, почему?
2. Своими словами объясните, как сигнал ЭМГ изменился, когда вы
добавили вес на руку? Основываясь на данных, которые вы собрали,
можете ли вы предположить, что происходит с мышцами при
добавлении веса?
Упражнение 2: Переменная деятельность и коактивация
Обучающие вопросы:
3. Своими словами объясните, что такое коактивация? Как можно
объяснить эти явления?
4. Было доказано, что коактивация брюшной мышцы и мышц,
поддерживающих позвоночник, важна для прямохождения у людей.
Согласно вашим данным, важна ли коактивация трицепса для
правильного функционирования бицепса и наоборот?
Упражнение 3 и 4: Вызванная ЭМГ и скорость проводимости нерва
Обучающие вопросы:
5. Перечислите физиологические события, которые происходят между
подачей стимула и началом зарегистрированной ответной реакции (то
есть во время латентного периода).
6. Какие составляющие латентного периода (которые вы перечисляли в 5
вопросе) зависят от положения стимулирующего электрода?
7. Основываясь на ваших результатах и вычислениях скорости
проводимости нерва, посчитайте, сколько времени было бы потрачено
на прохождение нервного импульса от спинного мозга до большого
пальца ноги? Предположите, что пройденное расстояние – один метр.
8. Есть ли разница скорости проводимости нерва среди членов вашей
группы? Как можно это объяснить?