17/4 - ضبط فعالیت ماهیچه ای: الکترومایوگرافی
سیستم عصبی مرکزی، تنشِ ماهیچه رو با مخابره سیگنال های کم ولتاژ (میلی ولت)، که پتانسیل عمل (action potential) نامیده میشن، کنترل میکنه (فصل ۱۴ رو ببینید). الکترومایوگرافی (EMG) مطالعه فعالیت ماهیچه ای ه و شامل ضبط و کمی سازی پتانسیل های عملی میشن که یه ماهیچه رو فعال میکنن.
معمول ترین وسیله مورد استفاده برای اندازه گیریِ فعالیت ماهیچه ای، شامل یه سنسور و یه تقویت کننده میشه که برای تشخیص و تقویت ولتاژِ پتانسیل های عمل ن و نرم افزاری که روی کامپیوتر نصب میشه تا داده جمع آوری شده، که الکترومایوگرام (electromyogram) نامیده میشه، رو نمونه برداری، ضبط و پردازش کنه. تو این بخش، مبانی جمع آوری و پردازش الکترومایوگرام سطحی رو شرح میدم.
نکته: سنسورهای مورد استفاده برای EMG، معمولا الکترود نامیده میشن، اما عبارتِ الکترود ممکنه به این اشاره کنه که احتمالا یه شوک الکتریکی قراره اتفاق بیوفته (مردم زیاد فیلم ترسناک نگاه میکنن). استفاده از عبارت سنسور، کمتر ترسناک ه و این ترس ناموجه رو از بین میبره.
جمع آوری الکترومایوگرم
متداول ترین روش برای تشخیص الکترومایوگرم، EMG سطحی ه، که از سنسوری با دو برداشت-کننده یه آمپلیفایر کوچیک (بهش سنسور دو قطبی میگن) استفاده میکنه و روی سطح پوست و روی ماهیچه مورد نظر محکم شده. EMG سطحی معمولا برای ماهیچه هایی که دقیقا زیر پست هستن استفاده میشه.استفاده از یه سنسور دوقطبی و یه اتصال زمینی که به یه برجستگی استخوانی روی بدن وصل شده، سیگنال واضح تری از فعالیت ماهیچه ای ارایه میده.
از سنسور های درون-بدنی هم میتوان برای EMG استفاده کرد. با استفاده از یه سوزن، سنسورها مستقیما به درون فیبرهای ماهیچه تزریق میشن تا پتانسیل عمل رو ضبط کنن. سنسور های درون-بدنی برای اندازه گیری ماهیچه های عمقی زیر سطح پوست استفاده میشن یا برای اندازه گیری پتانسیل های عمل هر کدوم از واحد های حرکتی.
در هر لحظه، چندین پتانسیل عمل روی فیبرهای واحدهای حرکتی هر ماهیچه حضور دارن. این تو شکل ۶-۱۷ نشون داده شده و دو واحد حرکتی (αA و αB) فیبرهای حرکتی ۱ تا ۵ یه ماهیچه رو تغذیه میکنن. اندازه و شکل پتانسیل عملی که از هر فیبر به سنسور میرسن، در شکل ۶-۱۷ نشون داده شدن و بسته به چندین عامل داره، مثلا فیبر چقدر در عمق و زیر سنسور قرار داره، یا جریان خون در فیبر چجوریه، و یا میزان چربی بدن بین سنسور و فیبر ماهیچه ای چقدره. پتانسیل عمل یه مرحله مثبت و منفی داره، که نشون میده همونطور که در طول فیبر و از صفحه انتهایی حرکتی دور میشه، کجا ضبط شده. EMG سطحی در هر لحظه، مجموع چندین پتانسیل عمل و توسط سنسور شناسایی شدن (در شکل ۶-۱۷ با ΣMUAP نشون داده شده چون جمع پتانسیل های عمل واحد های حرکتی ه). ΣMUAP شناسایی شده در سنسور به نرم افزار کامپیوتری میره تا نمونه برداری و فراوری بشه. EMG معمولا در ۱۰۰۰ هرتز نمونه برداری میشه.
شکل ۶-۱۷: الکترومایوگرم پتانسیل های عمل چندین واحد حرکتی رو شناسایی میکنه
پردازش الکترومایوگرام
نمونه‌ای معمول از الکترومایوگرام ضبط‌شده، که اینجا از عضله دوسر بازویی که از جلوی بازو در مفصل آرنج رد میشه، تو نمودار بالای شکل ۱۷-۷ نشان داده شده است. این الکترومایوگرام خام یا پردازش نشده، در حالی ضبط شده که از شرکت‌کننده خواسته شده بود تا در حالی که حرکت مفصلش محدود شده بود، دو بار زانوش را خم کند (فعالیت ایزومتریک عضله دوسر بازویی، همانطور که در فصل ۱۵ توضیح داده شده است).
شکل ۱۷-۷: پردازش الکترومایوگرام شامل اصلاح و تسطیح داده های خام ست
داده‌های خام الکترومایوگرام، قله های منفی و مثبتِ تندی را در اطراف یک مقدار پایه متغیر نشان می‌دهند. ارزیابی داده‌های خام الکترومایوگرام محدوده، اما شروع و پایان فعالیت عضلانی می‌تونه شناسایی بشه که با خطوط عمودی کوتاه مشخص شده و این مقادیر برای اندازه‌گیری مدت زمان فعالیت عضلانی استفاده میشود.
پردازش الکترومایوگرام خام شامل اولا اصلاح سیگناله که به معنای گرفتن مقدار مطلق هر نقطه-داده ضبط شده است. تمام نقاط-داده ها در الکترومایوگرامِ اصلاح شده تمام-موج (full-wave) که در وسط شکل ۱۷-۷ نشان داده شده است، مثبت هستند.
قله ها و دره‌های تیزِ الکترومایوگرام، در مرحله بعدی تسطیح می‌شوند. تسطیح در اصل یک فرآیند گرفتن "میانگین متحرک" از مقادیر اصلاح شده است، به طوری که هر نقطه تسطیح شده به عنوان میانگین نقاط اصلاح شده قبل و بعد از آن محاسبه میشود. تسطیح الکترومایوگرامِ اصلاح شده، یک پوشش خطی ایجاد میکند، همانطور که در پایین شکل ۱۷-۷ نشان داده شده است. شکل پوشش خطی، خیلی شبیه شکلِ کشش عضلانیِ تولید شده توسط عضله ای ه که از آن الکترومایوگرام اندازه گیری شده است. مقادیر بالاتر پوشش خطی الکترومایوگرام، با مقادیر بالاتر کشش عضلانی مطابقت دارند.
نکته: الکترومایوگرام مستقیماً کشش عضلانی را اندازه‌گیری نمی‌کند. همچنین، بدون تجزیه و تحلیل پیشرفته، الکترومایوگرام نشان نمی‌دهد که افزایش فعالیت عضلانی به خاطر بکارگیری واحد حرکتی بوده یا کدگذاری نرخی (rate coding)، دو فرایندی که توسط سیستم عصبی مرکزی برای افزایش کشش عضلانی استفاده میشود. (برای توضیح این دو فرایند به فصل ۱۴ مراجعه کنید.) اما تفسیر افزایش کشش با افزایش فعالیت عضلانی، صحیح است.
الکترومایوگرام خیلی مفیده وقتی با یک سیستم ضبط حرکت، برای اندازه‌گیری فعالیت عضلانی و موقعیت مفصل، به طور همزمان و با نمونه‌برداری همزمان داده‌ها استفاده شود. حرکت کوبیستن (Squat) یک تمرین ه که برای تقویت عضلات پاها استفاده میشود. معمولاً شامل نگه‌داشتن یک میله وزن‌دار روی شانه‌ها در حالت ایستاده عمودی میشود، سپس با خم کردن باسن، زانوها و مچ پاها برای پایین آوردن بدن در فاز نشیمن، و به دنبال آن با کشیدن (صاف کردن) مفاصل برای بلند کردن بدن به حالت عمودی در فاز برخاست انجام میشود. نقطه بالای شکل ۱۷-۸ موقعیت بدن در ابتدا، میانه و انتهای حرکت کوبیستن را نشان می‌دهد.
شکل۱۷-۸: فعالیت ماهیچه ای حین تمرین کوبیستن
عضله واستوس جانبی از جلوی مفصل زانو عبور میکند. هنگامی که مفصل زانو خم میشود، عضله واستوس جانبی طولانی‌تر میشود. و هنگامی که مفصل زانو باز میشود، عضله واستوس جانبی کوتاه‌تر میشود. شروع و پایان خم شدن زانو، و شروع و پایان بازشدن مفصل زانو در طول حرکت کوبیستن، می‌تواند از خروجیِ زمانیِ موقعیت زانو و با سیستم ضبط حرکت، شناسایی شود، همانطور که پیشتر توضیح داده شده است.
- فعالیت عضلانی در هر دو فازِ بلند کردن با وزنه سنگین، بیشتر است، همانطور که انتظار می‌رود. برای بلند کردن وزنه سنگینتر، نیاز به فعالیت عضلانی بیشتری است.
- فعالیت عضلانی در فاز برخاست بیشتر از فاز نشیمن است. در طول فاز نشیمن، واستوس جانبی فعال است و طولانی‌تر میشود، که فعالیت عضلانی اکسنتریک است. در طول فاز برخاست، واستوس جانبی فعال است و کوتاه‌تر میشود، که فعالیت عضلانی کانسنتریک است. به دلیل اینکه یک عضله می‌تواند به میزان بیشتری به صورت اکسنتریک نسبت به کانسنتریک نیرو تولید کند، سطح فعالیت واستوس جانبی در طول فاز نشیمن کمتر است تا در طول فاز برخاست. این برای این ست که نیروی لازم برای اتمام فاز تولید شود. (برای کسب اطلاعات بیشتر درباره فعالیت عضلانی اکسنتریک و کانسنتریک به فصل ۱۵ مراجعه کنید.)
