نوار عصب و عضله

الکترومیوگرافی، یا نوار عصب و عضله به انگلیسی: Electromyography به صورت مخفف ای‌ام‌جی (EMG) تکنیکی است برای محاسبه و ضبط حالات عضلات بدن در مواقع انقباض و انبساط که از دستگاهی به نام ماهیچه‌نگار برقی (electromyograph) که به نتایج آن ماهیچه‌نگاشت (Electromyogram) گفته می‌شود.

اصول اساسی
الکترومایوگرافی (EMG) مطالعه عملکرد عضله از طریق تحلیل سیگنالهای الکتریکی تولید شده حین انقباضات عضلانی است. EMG اغلب به‌طور نادرستی بوسیله پزشکان و محققان به کار گرفته می‌شود. EMG اندازه‌گیری سیگنال الکتریکی همراه با تحریک عضله است که می‌تواند شامل عضلات ارادی و غیرارادی شود. وضعیت EMG انقباضات عضله ارادی به میزان کشش بستگی دارد. واحد عملکردی انقباض عضله یک واحد حرکتی (motor unit) است که متشکل است از یک نورون حرکتی آلفا منفرد و تمام فیبرهایی که از آن منشعب می‌شوند. وقتی پتانسیل عمل (impulse) عصب حرکتی که فیبر را تغذیه می‌کند به آستانه دپلاریزاسیون برسد فیبر عضله منقبض می‌شود. دپلاریزاسیون باعث ایجاد میدان الکترومغناطیسی می‌شود و این پتانسیل به عنوان ولتاژ اندازه گرفته می‌شود. دپلاریزاسیون که در طول غشا عضله منتشر می‌شود یک پتانسیل عمل عضله است. پتانسیل عمل واحد حرکتی (m.u) مجموع پتانسیل عملهای منفرد تمامی فیبرهای یک واحد حرکتی است؛ بنابراین سیگنال EMG جمع جبری تمام پتانسیل عملهای واحدهای حرکتی موجود در ناحیه‌ای است که الکترود در آنجا قرار گرفته‌است. ناحیه قرار گرفتن الکترود معمولاً شامل بیش از یک واحد حرکتی است زیرا فیبرهای عضلانی واحدهای حرکتی مختلف در تمام طول عضله در ترکیب با هم قرار دارند. هر بخش از عضله می‌تواند حاوی فیبرهای متعلق به حدود ۲۰ تا ۵۰ واحد حرکتی باشد. یک واحد حرکتی مستقل می‌تواند دارای ۳ تا ۲۰۰۰ فیبر عضله باشد. عضلاتی که پنج حرکت را در کنترل دارند از تعداد فیبر عضلانی کمتری به ازای هر واحد حرکتی برخوردارند. (معمولاً کمتر از ۱۰ فیبر به ازای هر واحد حرکتی). در مقابل عضلاتی که محدوده وسیعی از حرکات را در کنترل دارند دارای ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ فیبر در هر واحد حرکتی می‌باشند. در خلال انقباضات عضلانی ترتیب خاصی وجود دارد به این صورت که واحدهای حرکتی با فیبر عضلانی کمتر در ابتدا و سپس واحدهای حرکتی دارای فیبرهای عضلانی بیشتر منقبض می‌شوند. تعداد واحدهای حرکتی در عضلات در بدن متغیر است.

الکترودها
برای Kine Siological EMG دو نوع اصلی الکترود وجود دارد: سطحی و سیستم باریک الکترودهای سطحی خود به دو گروه تقسیم می‌شوند. گروه اول الکترودهای فعال که در سطح آن‌ها آمپلی فایروجود دارد و امپدانس را بهبود می‌بخشد. (برای این الکترودها نیازی به استفاده از ژل نیست و این الکترودها آرتی فکت حرکتی را کاهش و نسبت سیگنال به نویز را افزایش می‌دهند). الکترود دیگر، الکترود غیرفعال (Passive) است که سیگنال EMG را بدون آمپلی فایر درونی آشکارسازی می‌کنند و لذا کاهش تمام مقاومتهای پوست تا حد ممکن برای آن اهمیت می‌یابد (لذا نیاز به ژل هادی و آماده‌سازی پوست دارند). با الکترود غیرفعال نسبت سیگنال به نویز کاهش یافته و بسیاری از آرتی فکتهای حرکتی با تقویت سیگنال اصلی، تقویت می‌شوند. مزیتهای الکترود سطحی این است که کاربرد آن‌ها بدون درد است، قابلیت تکرار بیشتری دارند، کاربرد آن‌ها ساده است و برای کاربردهای حرکتی مناسب است. عدم مزیت الکترودهای سطحی این است که ناحیه آشکارسازی آن‌ها وسیع بوده و لذا پتانسیل‌هایی از عضلات کناری نیز ثبت می‌کنند. به علاوه این الکترودها تنها برای عضلات سطحی کاربرد دارند.
الکترودهای سیم باریک برای ورود به درون عضله به یک سوزن نیاز دارند. مزایای الکترودهای سوزنی (سیم باریک Fine-wire) عبارتند از: پهنای باند وسیع، ناحیه آشکارسازی اختصاصی تر، توانایی مطالعه عضلات عمقی، جداسازی بخشهای مشخص عضلات بزرگ و توانایی مطالعه عضلات کوچک که آشکارسازی آن‌ها به دلیل اثر عضلات کناری (cross-talk) با الکترودهای سطحی غیرممکن است. عدم مزیتهای این الکترود اینها می‌باشند که فروکردن سوزن باعث ایجاد ناراحتی می‌شود، ناراحتی باعث افزایش گرفتگی و سفتی در عضله می‌گردد، برخی مواقع گرفتگی عضله رخ می‌دهد، الکترودها تکرارپذیری کمتری دارند چون قراردادن مجدد سوزن و سیم نازک در همان محل قبلی در عضله مشکل است. به علاوه ممکن است که فرد برای تعیین دقیق محل الکترود آن را تکان دهد و باعث افزایش ناراحتی بیمار شود. با این وجود برای برخی عضلات مشخص الکترودهای سوزنی تنها امکان برای بدست آوردن اطلاعات می‌باشند.
تفاوتهای موجود بین نتایج الکترودهای سطحی و سوزنی به دلیل تفاوت در پهنای باند آنهاست. الکترودهای سوزنی دارای فرکانس بالاتری هستند و فعالیت یک واحد حرکتی را نیز ثبت می‌کنند. پهنای باند آن‌ها بین ۲ تا Hz ۱۰۰۰ است در حالیکه پهنای باند الکترودها سطحی بین ۱۰ تا Hz ۶۰۰ می‌باشد.

وظایف اپراتور
می‌بایست اطلاعات کاملی از آناتومی بدن انسان داشته باشد چون محل و درجاگذاری الکترود بسیار مهم است. در ابتدا این فرد می‌بایست پوست را به خوبی تمیز نماید تا مقاومت پوست کاهش یابد. همین کار ساده می‌تواند مقاومت پوست را تا ۲۰۰٪ کاهش دهد. برای بسیاری از کاربردهای بالینی EMG, بدنه عضله به عنوان محل قرار دادن الکترود استفاده می‌شود. با این وجود برای اطمینان از تکرارپذیری نتایج محل خاص قرار گرفتن الکترود، استفاده از نشانه‌های استخوانی (Land mark) ضروری است. کتاب‌های بسیار زیادی وجود دارند که محلهای دقیق قرار داklklkl,m,m,m,mضیح داده‌اند. روش شایع و پذیرفته شده دیگر برای قرار دادن الکترودها استفاده از نقاط حرکت است (motor point). با قرار دادن الکترودها در بدنه عضلات، برخی از مقالات هستند که موقعیت نقاط حرکت معمول را به عنوان نقطه شروع آورده‌اند و لذا شما می‌توانید به راحتی با استفاده از یابنده نقطه حرکت، آن نقاط را پیدا کنید. بحث خاص دیگر می‌بایست در مورد فاصله داخلی الکترود صورت پذیرد. بسیاری از الکترودها دارای فاصله داخلی ثابت هستند؛ ولی برخی نیز دارای فاصله داخلی متغیر می‌باشند و لذا فرد می‌بایست از ثبوت این فاصله در تمامی مراحل کار اطمینان حاصل کند تا مطمئن شود که الکترود بر روی همان فیبر عضله قرار دارد. منابع زیادی برای نویز وجود دارد. (نویز: هر سیگنال ناخواسته‌ای که به همراه سیگنال‌های مورد نظر جمع‌آوری می‌شود). برخی از این منابع عبارتند از: میدان الکترواستاتیک (پوست), میدان الکترومغناطیس (سیمهای برق), آرتی فکتهای حرکتی ناشی از نقص الکترود در سطح پوست یا نقص در سیم، واکنشهای غیرارادی (clonus) و هرگونه وسیله الکتریکی دیگری که در هنگام انجام EMG در اتاق وجود دارد. بسیاری از این نویزها را می‌توان با چند روش ساده حذف کرد. یکی از این روش‌ها تمیز کردن پوست است. اگر از الکترودهای بدون پیش تقویت‌کننده استفاده کنیم، کارمان مشکل تر می‌شود. استفاده از سیستم تقویت دو قطبی یا دوگانه به حل این مشکل کمک می‌کند. اگر سیستم شما دارای امکان استفاده از باتری نیز می‌باشد مزیت بسیار مهمی است. قبل از آغاز جمع‌آوری اطلاعات می‌بایست از موارد زیر اطمینان حاصل شود. تماس کامل الکترود، عدم وجود کشیدگی در سیمها و اینکه سیمها به خوبی به متصل‌کننده‌ها وصل هستند. وقتی الکترودها در محل خود قرار گرفتند می‌بایست یک قسمت دستی انجام پذیرد تا مطمئن شویم که الکترودها فعالیت عضله را به درستی ثبت می‌کنند. اگر مشخص شود که یکی از الکترودها درست کار نمی‌کند می‌توان لیدهای مختلف الکترودها را سوئیچ کرد البته در صورتی‌که سیستم امکان چنین کاری داشته باشد یا اینکه الکترود را بین کانال‌های مختلف سوئیچ کند تا ببیند آیا این الکترود در کانال دیگر کار می‌کند یا خیر. اگر بعد از سوئیچ کردن همچنان سیگنال مشکل دارد باید الکترودها را سوئیچ کرد و دید آیا خود الکترودها مشکل دارند یا خیر. باید دانشت که نسبت معکوس بین سیگنال دریافتی و حجم بافت تحت بررسی وجود دارد؛ بنابراین داشتن سیگنالهای مفید در بررسی افراد چاق با استفاده از الکترودهای سطحی مشکل خواهد بود.

تفسیر سیگنال
حال که سیگنال را پاک کرده‌ایم و روش‌های نرمال‌سازی را به کار بردیم، زمان بررسی سیگنال و تلاش برای تفسیر معنی آن است. اول از همه باید بدانیم که خود سیگنال EMG دارای متغیرهای بزرگی است. مثلاً در یک فرد انجام یک کار با کار دیگر یا انجام یک کار بین افراد مختلف نتایج مختلفی ایجاد خواهد کرد چون ترکیبهای مختلف عضلات می‌توانند یک حرکت خاص را ایجاد کنند و این از ویژگی‌های سیستم عضلانی – عصبی است. EMG از کاری به کار دیگر متفاوت خواهد بود و این به دلیل تفاوت در سرعت، ریتم یا حتی تفاوتهای کوچک در الگوی حرکت حتی وقتی که در ظاهر مشابهند می‌باشد. محدوده طبیعی برای فازهای EMG وجود دارد ولی فرد باید هوشیار باشد و نقاطی مجزا را برای شروع و پایان هر بخش کار تعریف کند. این موضوع را در هنگام انجام EMG باید به یادداشت. فاکتورهای دیگری نیز بررسی و تفسیر نتایج EMG را مشکل می‌سازند. تغییر سرعت یا ریتم، بروز خستگی و وجود درد همگی بر الگوهای EMG اثر گذارند. عامل مزاحم دیگر در تفسیر EMG پدیده Cross talk است. Cross talk تداخل سیگنالهای EMG از عضلات کناری یا عمقی تر ناحیه آشکارسازی الکترود است. راه حل ثابتی برای این مشکل وجود ندارد و اندازه بیمار لید الکترود تأثیر زیادی بر کاهش و افزایش این اثر دارند. به عنوان مثال اگر سیستم شما دارای فاصله الکترود فعال ثابت و بزرگ است و شما بر روی جمعیت بچه‌ها در حال مطالعه هستید باید مطمئن باشید که اطلاعات شما حاوی مقادیر زیادی از اطلاعات عضلات کناری و عمقی است که برای شما مطلوب نیست. بسیاری از محققین الکترودهای سوزنی را بهینه کرده‌اند تا این مشکل را کاهش دهند.

اطلاعات واقعی EMG
زمان روشن و خاموش شدن عضله و افزایش و کاهش فعالیت آن دو پارامتر اصلی به دست آمده از EMG است. اطلاعات EMG نمی‌توانند به ما بگویند که عضله چقدر قوی است، یا یک عضله از عضله دیگر قوی تر است، یا انقباض از نوع Concentric است یا Eccentric یا حتی فعالیت عضله ارادی است یا غیرارادی. قدرت عضله یا تعیین قوی تر بودن یک عضله نسبت به دیگری از مهمترین مواردی هستند که محقق به خاطرشان EMG انجام می‌دهد. نرمال‌سازی به MVIC, میانگین‌گیری یا استفاده از ماکزیمم همه تلاشهایی هستند برای ایجاد مکان مقایسه بین عضلات یک فرد یا عضلات افراد مختلف. این کار به صورت معمول انجام می‌پذیرد ولی فرد باید بداند که نتایج به دست آمده دارای مشکلاتی است که به صورت ذاتی در روش‌های مورد استفاده وجود دارد و متغیرهای مختلفی در عضلات، افراد و کارهای مختلف وجود دارد. در کنار استفاده از EMG برای تعیین الگوهای EMG (زمان فعال شدن و زمان استراحت) بسیاری از محققین از آن برای تعیین تغییرات سیگنال در اثر خستگی استفاده می‌کنند. همه اینها استفاده‌های ارزشمند EMG در بیومکانیک شغلی هستند.