Электромиография

Дано определение электромиографии (ЭМГ), описана история развития электромиографии, параметры электромиограммы: длительность электрической активности мышц, частота и амплитуда биопотенциалов мышц,  суммарная электрическая активность мышц. Дана характеристика аппаратуры для регистрации электромиограмм. Описаны достоинства и недостатки электромиографии. Показаны направления применения электромиографии в области физической культуры и спорта.

Электромиография

Определение электромиографии

Электромиография – способ регистрации и анализа биоэлектрической активности мышц. Слово электромиография греческого происхождения.

Суть явления заключается в регистрации электрических потенциалов, которые появляются при возбуждении мышцы, а точнее – мышечных волокон, когда по ним распространяется волна возбуждения (потенциал действия). В связи с этим считается, что электромиография является надежным методом регистрации активности мышц. То есть, посредством электромиографии можно судить о том, является ли мышца активной (возбужденной) или пассивной (расслабленной).

Зарегистрированные электрические потенциалы мышечных волокон называют электромиограммой (ЭМГ).

История развития электромиографии

Основы электромиографии были заложены работами Гальвани. В 1791 году в сообщении «О мышечном сокращении у лягушки» Гальвани установил тесную взаимосвязь между электричеством и мышечным сокращением. В 1842 году Маттеучи, пользуясь гальванометром открыл, что во время сокращения мышц лягушки возникает электрический ток. Дю буа Реймонд продолжил работы Маттеучи. Ему удалось впервые записать электромиограмму.

Метод миографии был предложен Мареем. Он предложил регистрировать сокращением мышц человека при помощи укрепленных на них пневматических капсул. Отрицательной чертой этого метода являлась громозкость аппаратуры и немозможность количественной оценки миограмм.

В 1882 Н. Введенский демонстрировал, а в 1883 году в работе «Телефонические исследования электрических явлений в мышцах и нервах» описал свой известный опыт с телефоническим прослушиванием потенциалов действия мышц.

В 1907 году Пипер впервые записал, пользуясь струнным гальванометром, электромиограмму у человека. Однако использование струнного гальванометра было связано с большими трудностями. Его недостатком была большая инерционность, что вело к большим погрешностям.

Браун, Форбс, Тахер в 1920 году первыми зарегистрировали потенциалы действия мышц при помощи катодного осциллографа.

Параметры ЭМГ (электромиограммы)

Чаще всего при проведении исследований регистрируются следующие параметры:

Длительность электрической активности мышц характеризует период возбуждения. Этот период может быть коротким, например, 20 мс, а может быть достаточно длинным – 200 мс и более (рис.1).

Электромиография

Рис.1. Определение длительности электрической активности мышцы по электромиограмме

Частота биопотенциалов (турнов) мышцы – сложный показатель. Она определяется по ЭМГ следующим образом. Подсчитывается количество пересечений нулевой линии за определенный отрезок времени. Потом это значение пересчитывается как количество импульсов в одну секунду. Это и есть частота биопотенциалов. Интерпретация частоты потенциалов мышечных волокон достаточно сложна. С одной стороны, чем выше частота биопотенциалов мышцы, регистрируемых на электромиограмме, тем с большей частотой импульсируют ДЕ. С другой стороны, частота биопотенциалов  мышцы характеризуют количество ДЕ, активных в настоящее время. Таким образом между частотой биопотенциалов мышцы и степенью ее напряжения существует определенная зависимость: чем выше частота биопотенциалов мышцы, тем больше ее напряжение и сила.

Амплитуда биопотенциалов мышцы характеризует степень активности различных ДЕ. Рекрутирование более крупных ДЕ приводит к возрастанию амплитуды ЭМГ.

Суммарная электрическая активность мышц дает представление об общем уровне возбуждения мышцы. При невысоком уровне возбуждения мышцы существует линейная зависимость между интегрированной активностью и силой, которую мышца развивает (рис.2).

Электромиография

Рис.2. Зависимость усилия, развиваемого мышцей от частоты и амплитуды биопотенциалов


Более подробно функционирование опорно-двигательного аппарата человека и биомеханика мышц описаны в книге

Аппаратура для регистрации электрической активности мышц

Для регистрации электрической активности мышцы чаще всего используются серебряные электроды, выполненные в виде небольших кружков (чашечек). Они являются датчиками. Диаметр электродов составляет около 10 мм. Для улучшения электропроводности внутри электродов помещается специальная паста. Электроды наклеиваются на исследуемую мышцу (рис.3). Эти электроды называются поверхностными, потому что наклеиваются на кожу. Имеются еще игольчатые электроды. Они вводятся в глубь мышцы. Благодаря игольчатым электродам имеется возможность зарегистрировать  активность одной ДЕ.

Электромиография

Рис.3. Расположение электродов на мышцах спортсмена, который выполняет жим штанги лежа

Электрические потенциалы, зарегистрированные датчиками, по проводам (а в настоящее время и телеметрически) поступают в усилитель потенциалов, а затем на регистрирующее устройство. Раньше с этой целью применялся осциллограф. В настоящее время регистрирующим прибором является персональный компьютер рис.4.

Электромиография

Рис.4. Электромиографическая методика

Применение электромиографии в области физической культуры и спорта

В настоящее время электромиография широко используется в физической культуре и спорте. Ее активное применение в этой области началось с 60-х годов 20 века.

Можно выделить несколько направлений ее применения: изучение координации работы мышц при выполнении двигательных действий, сравнительный анализ степени активности одной и той же мышцы при выполнении двигательных действий, изучение утомления мышц под влиянием физической нагрузки.

Координация работы мышц при выполнении двигательных действий

Так как посредством электромиографии можно регистрировать электрическую активность большого количества мышц (до восьми, а иногда и более), то чаще всего эта методика применяется для контроля за освоением техники двигательных действий спортсменом, а также при сравнительном анализе активности различных мышц в основном (соревновательном) и вспомогательных специальных упражнениях. Например, изучаются спринтерский бег (основное упражнение) и ряд вспомогательных упражнений: бег с высоким подниманием бедра, прыжки с ноги на ногу и др.

Степень активности мышц при выполнении различных двигательных действий

Так как существует взаимосвязь между различными параметрами электрической активности мышц и напряжением, которое мышца развивает, то во многих исследованиях ученые попытались изучить эту зависимость. Например, в пауэрлифтинге изучалась степень напряжения мышц при выполнения жима штанги лежа с использованием различных хватов, а также при различном положении тела (вверх головой или вниз).

Оценка степени утомления после физической нагрузки различной интенсивности

Посредством электромиографии было показано, что большая физическая нагрузка приводит к синхронизации работы ДЕ. Это выражается в повышении амплитуды ЭМГ и уменьшении частоты биопотенциалов мышцы.

Достоинства и недостатки электромиографии

Достоинства ЭМГ

Положительной особенностью электромиографии является то, что она позволяет оценить степень активности скелетных мышц при выполнении одним и тем же человеком различных физических упражнений. С этой целью чаще всего применяется изучение суммарной электрической активности мышцы. Кроме того, имеется возможность оценить последовательность активности мышц при выполнении двигательного действия.

Недостатки ЭМГ

Электромиографическая методика не позволяет сопоставить напряжение, развиваемое разными мышцами спортсмена при выполнении физического упражнения. То есть количественно оценить, какая мышца проявляет большее или меньшее усилие. Это связано с тем, что на уровень силы, оцениваемой по ЭМГ, влияет ряд технических факторов, а именно, качество наклейки электродов, сопротивление кожи, степень усиления и т.д. Поэтому только на основе регистрации электрической активности мышц при выполнении физического упражнения очень сложно сопоставить «вклад» каждой мышцы в результат, тем не менее, электромиографическая методика остается до настоящего времени наиболее адекватной для решения этих проблем.

Применение электромиографии совместно с другими методиками

Богатые возможности дает применение ЭМГ в комплексе с другими методиками, такими как видеосъемка, тензодинамометрия, акселерометрия. Это позволяет сопоставить «внутреннюю» картину движений с внешней. Однако при комплексном использовании нескольких методов возникает необходимость в их синхронизации, что иногда вызывает определенные трудности.

Литература

  1. Гидиков А.А. Теоретические основы электромиографии.– Л.: Наука, 1975.– 182 с.
  2. Городничев Р. М. Спортивная электронейромиография: монография –  Великие Луки: ВЛГАФК, 2005. – 227 с.
  3. Козаров Д., Шапков Ю.Т. Двигательные единицы скелетных мышц человека.– Л.: Наука, 1983.– 252 с.
  4. Персон Р.С. Спинальные механизмы управления мышечным сокращением.– М.: Наука, 1985.– 184 с.

С уважением, А.В. Самсонова

Похожие записи:


Типы телосложения по Шелдону
Описана история выделения типов телосложения (соматотипов) психологом Уильямом Гербертом Шелдоном. Дана характеристика трем соматотипам по У.

Типы телосложения (соматотипы)
Дается определение телосложения и соматотипа. Приводятся критерии классификации, основанные на оценке пропорций человеческого тела (Шевкуненко-Геселевича и Бунака) и…

Миоглобин скелетных мышц
Дано определение миоглобина и описаны его структура и функции. Приведены данные о концентрации миоглобина в скелетных мышцах…