Как устранить шат стволов иж 58: Ремонт ружья иж 58 ма своими руками

Колледж ветеринарной медицины МГУ

1. Что такое дрожь?
2. Какие признаки дрожи?
3. Как узнать, есть ли у моей лошади дрожь?
4. Что вызывает дрожь?
5. Связана ли дрожь с полисахаридной накопительной миопатией (PSSM)?
6. Шиверс передается по наследству?
7. Как лечить дрожь у лошадей?
8. Можно ли вылечить дрожь?
9. Какой прогноз?
10. Что мне делать, если я думаю, что у моей лошади дрожь?
    
11. Посмотрите семинар Др.Вальберг на Шиверсе

1. Что такое дрожь?

Дрожь или озноб — это названия, которые применялись для обозначения хронического нервно-мышечного синдрома у лошадей, признанного веками. Было заявлено, что это состояние достаточно часто, необычно и от редкого до очень редкого. В учебнике сравнительной невропатологии, опубликованном в 1962 году, было сказано, что «в период расцвета коневодства» дрожь была «обычным явлением, как грязь». Большинство лошадей с дрожью начинают проявлять признаки до 5-летнего возраста, и в большинстве случаев (74% лошадей, опрошенных в ходе недавнего исследования), симптомы прогрессируют.Обычно у лошадей с дрожью появляются симптомы до 10 лет. Им могут быть подвержены оба пола, но у меринов в три раза больше шансов быть диагностированным с этим заболеванием. Лошади ростом более 16,3 ладони также более восприимчивы, чем лошади более низкого роста. Синдром поражает несколько пород, включая упряжных лошадей, теплокровных и теплокровных крестов, а иногда и более легкие породы лошадей, в том числе легких упряжных лошадей, охотников, охотников-прыгунов, хакеров, четвероногих лошадей. , и чистокровные. У пони дрожь считается редкостью.

Говорят, что у многих лошадей, которые держат задние конечности согнутыми и дрожат, есть дрожь. Однако ряд заболеваний может вызывать раздражение задних конечностей лошадей и вызывать этот тип симптома. Классическое заболевание под названием Шиверс — это постепенно прогрессирующее хроническое нервно-мышечное заболевание у лошадей, которое характеризуется аномалиями походки при движении задним ходом. Другие типичные признаки включают дрожание хвоста в вертикальном положении, дрожание мышц бедра и согнутую и дрожащую заднюю конечность. Одно исследование распространенности дрожи у бельгийских упряжных лошадей показало, что 19% обследованных лошадей имели признаки дрожи. Исследования по оценке распространенности дрожжей у других пород не проводились. Хотя очевидно, что одни породы страдают чаще, чем другие, рост также является сильным предиктором риска дрожи.

2. Каковы признаки дрожи?

Клинический спектр дрожи у лошадей сильно различается по степени или проявлению признаков .Диагноз типичного случая дрожи редко представляет проблему, однако признаки дрожи могут быть прерывистыми, случайными или скрытыми, и их очень трудно подтвердить. Дрожь бывает чрезвычайно трудно обнаружить на ранних стадиях, и для постановки диагноза может потребоваться тщательное наблюдение. Заболевание в первую очередь поражает одну или обе задние конечности с приподнятым хвостом или без него и дрожанием.

Наиболее характерные признаки дрожи возникают при попытке отвести лошадь назад.Как правило, у лошадей с шиверсом отсутствует нормальная двухтактная контралатеральная походка (правая передняя, ​​левая задняя, ​​левая передняя и правая задняя) при ходьбе назад. Лошади с легким поражением проявляют напряжение или дрожь в задних конечностях и внезапные резкие движения разгибателя хвоста, которые заставляют его приподняться. При движении задним ходом наблюдаются две основные категории признаков дрожи:

• Hyperflexion : Одна задняя конечность приподнята и отодвинута от тела в спастическом состоянии от нескольких секунд до нескольких минут.Конечность дрожит или «дрожит» в подвешенном состоянии, затем ступня быстро опускается на землю, когда спазмы утихают. Может быть поражена одна или обе задние конечности.
• Гиперэкстензия : Лошадь отводит задние лапы дальше, чем обычно, при движении назад с чрезмерно растянутыми коленными и скакательными суставами. Обе передние конечности также вытянуты, когда начинается поддержка, что приводит к вытянутой стойке или козлиной стойке. В тяжелых случаях одна или обе задние конечности могут быть вытянуты позади животного в жестком спастическом разгибании, что приводит к нестабильности и даже падению, если лошадь не может восстановить контроль над одной ногой, чтобы поймать себя.Лошадь может стоять на носках, приподняв пятки над землей. У большинства лошадей поражаются обе задние конечности.

В более тяжелых случаях гиперфлексия и другие признаки дрожи проявляются во время ходьбы вперед. Однако эти признаки не наблюдаются постоянно и часто появляются только в течение первых нескольких шагов или при резком повороте. На рыси признаков не видно. Даже в случае сильно выраженной дрожи признаки могут не просматриваться, когда лошадь стоит на месте.

Лошади с дрожью обычно также устойчивы к тому, чтобы их задние лапы поднимались вручную, и могут гиперфлексировать заднюю ногу с противоположной стороны перед тем, как согнуть и отвести заднюю конечность, к которой прикасаются. Эти признаки могут появиться, когда задние лапы поднимаются для чистки или когда лошадь подковывается, особенно когда ступня забивается молотком во время подковки. Состояние может прогрессировать, и лошадь становится невозможно подковать. Когда лошадь движется вперед, знаков может не быть, или знаки могут быть ограничены первыми несколькими шагами.В запущенных случаях пораженное животное может быть не в состоянии отступить более чем на несколько шагов, а иногда это движение невозможно выполнить вообще. Многие дрожащие лошади не решаются лечь в закрытом помещении и в результате могут потерять физическую форму и, как следствие, выглядеть старше.

Стресс или возбуждение, например, когда лошадь выводят из бокса на открытое пространство или когда меняется опора, часто вызывают приступы дрожи. Когда выгоняют на пастбище, «дрожащая» лошадь может лечь, и болезнь станет лучше.Признаки дрожи также могут проявиться, когда пораженным лошадям предлагают ведро с водой на землю. Они возбуждаются, и при разгибании мышц шеи возникают спазмы в задних конечностях, передние лапы остаются поставленными на землю, тело раскачивается назад, спина выгибается, а хвост поднимается вверх. Такое поведение, хотя и типично для болезни, непостоянно.

Иногда поражаются мышцы передней конечности, шеи или даже туловища и лица. Признаки передних конечностей считаются редкостью.При попытке поднять переднюю ступню конечность выталкивается вперед в полном разгибании, ступня едва касается земли, или конечность с согнутым запястьем поднимается и отводится, мышцы-разгибатели над локтем подрагивают во время спазма или пока ступня возвращается на землю. Дрожь также может влиять на мышцы ушей, век, шеи, губ и щек. Когда задействованы мышцы головы или шеи, они спазматически сокращаются. При поражении лица наблюдается быстрое мигание век, дрожание ушей, подергивание губ.

По мере прогрессирования болезни происходит постепенная и прогрессирующая атрофия мышц бедра, которая может прогрессировать до генерализованной атрофии мышц. Слабость задних конечностей присутствовала у 11 из 19 (58%) лошадей с дрожью. Животные так страдают от сна в положении стоя, а их передние зацепы и колени ушиблены и обезображены частыми полупадениями. Больные лошади часто принимают неправильную стойку задних конечностей. В некоторых случаях отмечается повышенное потоотделение.

3.Как узнать, есть ли у моей лошади дрожь?

Шиверс легко диагностировать, когда признаки ясны, однако более легкие случаи диагностировать сложнее. Если ваша лошадь демонстрирует дрожь в мышцах, трудности при движении задним ходом, дискомфорт, когда ее ставят на задние копыта, или другие признаки дрожи, обратитесь к ветеринару для осмотра вашей лошади. Ветеринар должен исключить любые другие возможные причины хромоты, поскольку некоторые болезненные состояния имитируют признаки дрожи, особенно если поражена только одна конечность.В профилях биохимии сыворотки часто нет отклонений от нормы, и обычно мышечные ферменты, такие как CK и AST, в норме.

Stringhalt — состояние, которое чаще всего путают с дрожью. Встречается у всех пород лошадей и может возникнуть в любом возрасте. Стрингхальт характеризуется спазматическим и чрезмерно быстрым сгибанием одной или обеих задних конечностей, которое происходит, когда лошадь заставляют двигаться, что лучше всего видно при более медленных шагах и особенно при повороте или движении назад . При стрингхальте скакательные суставы внезапно и сильно сгибаются в направлении живота, а затем с силой и шумом возвращаются на землю одним быстрым движением по мере продвижения ноги вперед. Движение задних конечностей может быть мягким, как слегка чрезмерное сгибание, до резких движений, во время которых футляр или палец ноги соприкасаются с животом, грудной клеткой и иногда с локтем с попытками сделать шаги, ведущие к своеобразному «кроличьему прыжку» и погружающемуся типу походки. В отличие от дрожи, при ходьбе вперед часто проявляются признаки натянутости, при этом большая часть или каждый шаг выглядит ненормальным.Подергивания лица и подъем головы хвоста отсутствуют. Признаки стрингхальта также наблюдаются на рыси, в то время как лошади Шиверса идут нормально. Выраженность аномалии походки различна и может сопровождаться атрофией мышц задних конечностей и параличом гортани. Диагностика стрингхальта на ранних стадиях чрезвычайно сложна. В обоих случаях лошадь может показывать признаки только периодически, а дрожь и натягивание струн могут выглядеть одинаково при взгляде сзади сбоку. Однако при дрожи конечность сгибается наружу от тела при небольшом разгибании бедра и удерживается в спастическом состоянии в течение нескольких мгновений вместо того, чтобы ее быстро поднять и удерживать под животом в согнутом вперед состоянии, как это видно с натяжной болью.

Верхняя фиксация надколенника может возникать у лошадей как явно приобретенное заболевание. Верхняя фиксация надколенника происходит, когда медиальная связка надколенника на мгновение (легкая) или навсегда (тяжелая) оказывается захваченной над медиальным блоком гребня бедренной кости при полном разгибании коленного сустава. Когда надколенник отпускается, конечность быстро сгибается вперед, напоминая стрингхальт. Приобретенное состояние может имитировать натягивание струн, потому что чрезмерно растянутая конечность может быстро перейти в состояние гиперфлексии.

Фибротическая миопатия возникает в результате образования рубцовой ткани после повреждения полусухожильной и полуперепончатой ​​мышц. Походка обычно характеризуется ненормальной походкой задних конечностей типа хлопка с более низкой дугой конечностей, чем при дрожании или тягостном движении. Лошади с фиброзной миопатией могут вернуться в норму. Взрослые лошади четвертьфинала являются наиболее часто пораженной породой.

«Синдром жесткости лошади» (SHS) недавно был зарегистрирован у лошадей в Бельгии с периодической жесткостью и спазмами в аксиальных мышцах нижней части спины и в мышцах тазовых конечностей.Произвольные движения, испуг или тревожные звуки обычно вызывают контрактуры. Не было ни слабости, ни атрофии мышц, а скорее мышечной гипертрофии. После первых шагов движения стали более расслабленными, и когда лошадь шла или бежала рысью, судороги не наблюдались. Поскольку считалось, что это заболевание имеет много общего с субъектом в медицине, обозначаемым как «синдром скованного человека» (SPS), это состояние получило название «синдром жесткой лошади». Считается, что «синдром скованного человека» является результатом иммуноопосредованного дефицита гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), главного тормозного нейромедиатора в центральной нервной системе.

Болезнь двигательных нейронов лошадей (EMND) клинически характеризуется прогрессирующей потерей веса, несмотря на хороший аппетит, симметричное истощение мышц, фасцикуляции мышц, чрезмерное потоотделение, подтянутый живот, аномальная походка, чрезмерное лежание и аномально низкое положение головы. Есть некоторое сходство между клиническими признаками дрожи и EMND. Причудливые движения передней или задней конечности, похожие на струны, наблюдались у некоторых хронически пораженных лошадей EMND.В случаях от подострого до хронического EMND часто наблюдается аномально приподнятый хвост, они чаще ложатся и имеют более выраженную атрофию мышц, чем при дрожи.

Протозойный миелоэнцефалит лошадей (EPM). Имеются редкие сообщения о заболеваниях спинного мозга из-за EPM, вызывающих походку, напоминающую струнную боль. Заболевание можно исключить при отсутствии антител Sarcocystis neuroona в сыворотке и / или спинномозговой жидкости.

4.Что вызывает дрожь?

Конечные причины дрожи остаются неизвестными. Однако обширное исследование, опубликованное в феврале 2015 года, показало, что мозг лошадей с Дрожью поврежден в определенной области мозжечка, части мозга, в значительной степени предназначенной для регулирования мышечной активности. Лошади с дрожью часто движутся вперед нормально и могут даже достигать высоких уровней спортивного соревнования, но испытывают огромные трудности с менее естественными походками, такими как движение назад или поднятие задних конечностей.Исследования показывают, что эти медленные, выученные движения регулируются мозжечковыми путями, отдельными от спинных цепей, участвующих в более быстрых и естественных поступках вперед, что дает возможное объяснение уникального дефицита, наблюдаемого при Шиверсе. Дрожь также характеризуется нескоординированным судорожным сокращением мышц или миоклонусом — эффектом, связанным с повреждением мозжечка в исследованиях на людях. Кроме того, мышцы лошадей с дрожью демонстрируют значительное изменение типа быстрых сокращений типа 2x мышечных волокон, как у лошадей при интенсивных тренировках.В то время как нормальные лошади приобретают эти изменения волокон во время упражнений, у лошадей с дрожью отсутствует «выключатель», который мозжечок обычно обеспечивает для сокращения мышц, заставляя мышцы постоянно быть активными.

5. Связана ли дрожь с полисахаридной накопительной миопатией (PSSM)?

Исследователи отметили, что породы лошадей, пораженных Шиверсом, также имеют особенно высокие совпадающие показатели миопатии накопления полисахаридов. Однако исследование, проведенное учеными из Университета Миннесоты, показало, что PSSM у бельгийских упряжных лошадей не имеет прямой связи с PSSM, и их появление у одной и той же лошади, скорее всего, является случайным, а не причинным.У некоторых лошадей с PSSM могут быть некоторые отклонения в походке, но классические признаки дрожи скорее связаны с нарушением функции мозжечка, чем с мышечным заболеванием.

Для получения дополнительной информации о PSSM щелкните здесь.

6. Передается ли дрожь по наследству?

Поскольку Шиверс связан с породой, заболевание может иметь генетическую основу или предрасположенность. Сообщения прошлых веков предполагают, что дрожь удалось предотвратить путем размножения вдали от этого состояния. В некоторых странах не рекомендуется использовать жеребцов с этим заболеванием в племенных целях.В настоящее время не существует определенного генетического паттерна и генетического теста.

7. Как лечить дрожь у лошадей?

В настоящее время не существует эффективного лечения озноба. Иногда симптомы могут улучшаться, особенно после тренировки и упражнений, но они также могут регрессировать во время болезненных или стрессовых ситуаций и при остановке. Было высказано предположение, что диетическое лечение пораженных упряжных лошадей кормом с высоким содержанием жиров и низким содержанием углеводов может быть полезным, если оно начато на ранней стадии заболевания.Однако клинические признаки дрожи у лошадей не исчезли, когда пораженных теплокровных или теплокровных лошадей кормили травяным сеном, а их диетическое зерно заменяли добавкой с высоким содержанием жира. Эти диетические рекомендации сочетались с постепенно увеличивающейся программой ежедневных упражнений и максимальной явкой.

Если у лошади есть и PSSM, и дрожь, владельцы сообщают об улучшении состояния своих лошадей за счет диеты с высоким содержанием жира и низким содержанием крахмала. Похоже, что это не излечивает лошадей от дрожи, но может снизить частоту мышечных спазмов.Достаточный уровень витамина Е важен. Следует проверить уровень витаминов в сыворотке крови (кровь взята, пробирка с кровью защищена от света, хранится в охлажденном виде и как можно скорее центрифугируется). Если уровень витамина Е ниже нормы, рекомендуется принимать добавки. Это не изменит текущих признаков дрожи, но, возможно, замедлит прогрессирование, чтобы убедиться, что у лошади нет недостатка. Натуральная жидкая форма витамина E, Elevate ™, NanoE ™ обеспечивает более быстрое увеличение уровня витамина E в сыворотке, чем порошкообразный ацетат или синтетический витамин E.Массаж и иглоукалывание могут помочь лошади сохранить комфорт и конкурентоспособность. Лошадям Шиверса может быть труднее поддерживать мышечную массу, если они получают свободное от работы.

Лошади могут напрягаться сзади, и может потребоваться больше времени, чтобы привести лошадь в форму, если она стоит в стойле. Таким образом, кажется, помогает держать лошадей на работе с постоянным уходом. Симптомы уменьшались по мере того, как эти лошади передвигались.

8. Можно ли вылечить дрожь?

В настоящее время не существует лекарства и мало эффективных методов лечения озноба.

9. Каков прогноз?

Обсуждая прогноз, мы имеем в виду определение дрожи, которое связано с трудностями при резервном копировании. Многие спортивные лошади, у которых есть дрожь, могут выступать на высоком уровне. Однако есть и другие лошади, которые в молодом возрасте (2–3 года) начинают проявлять довольно серьезные признаки, что явно влияет на их способность к выступлениям. Воздействие может быть наиболее заметным в таких видах спорта, как выездка, где мелкая моторика важна, особенно на верхних уровнях и при вождении, где лошади должны иметь возможность вернуться в заминку.В краткосрочной перспективе (несколько лет) дрожь может не повлиять на производительность. В долгосрочной перспективе (много лет) половина лошадей, испытывающих дрожь, будет демонстрировать постепенный прогресс от трудностей с расчисткой задних копыт до трудностей с чисткой задних лап, с трудностями в поддержании задних ног, а затем, возможно, с перерывами в гиперфлексии на прогулке. По мере того, как происходит это прогрессирование, может наблюдаться падение уровня производительности. Невозможно предсказать, какие лошади останутся статичными, а какие будут прогрессивно ухудшаться и как быстро произойдет прогрессирование.Судоходство, болезненные события, такие как язва, хромота и ограничение свободы, могут временно усилить дрожь. В некоторых случаях дрожь может привести к эвтаназии из-за выраженного явного дискомфорта и потери трудоспособности, связанной с эпизодическими мышечными спазмами.

10. Что мне делать, если я думаю, что у моей лошади дрожь?

Лошади с возможной дрожью должны пройти полное ветеринарное обследование. Тщательное обследование на хромоту должно исключить аномалии копыт, костей, суставов и сухожилий, которые могут вызвать у лошади признаки, похожие на дрожь.Экзамен должен включать в себя поддержку лошадей и подъем задних конечностей в согнутом положении. Ваш ветеринар сможет подтвердить диагноз, исключить другие возможности и порекомендовать соответствующее лечение и лечение.

11. Посмотрите семинар доктора Вальберга о дрожании:

https: //www.myhorseuniversity ….

использованная литература

1. Draper ACE, Bender JB, ^{Firshman AM, Baird JD, Reed S, Mayhew IJ и Valberg SJ. Эпидемиология характеристики озноба у лошадей Ветеринар J 2014 6 мая.DOI: 10.1111 / evj.12296. [Epub перед печатью]}
2. Draper ACE, Trumble, TN, Firshman AM, Baird JD, Reed S, Mayhew IJ ^{и Valberg SJ Характеристики осанки и движения при ходьбе вперед и назад на лошадях с Shivers и приобретенным двусторонним Stringhalt. Equine Vet J. 10 марта 2014 г. doi: 10.1111 / evj.12259. [Epub перед печатью]}
3. Valberg SJ, Lewis SS, Shivers JL, Barnes NE, Konczak J, Draper ACE, Armien A. Нарушение движений лошадей «Дрожь» связано с избирательной дегенерацией аксонов клеток Пуркинье мозжечка.Vet Path 24 февраля 2015 г., DOI: 10.1177 / 0300985815571668
4. Кристин Баракат. Тайна дрожи http: //equusmagazine.com/article/mystery-shivers-2 …

Поверхностная электромиография: зачем, когда и как использовать

Введение

Запись биологических сигналов обеспечивает основной путь к пониманию того, как человеческое тело ведет себя в нормальных и патологических условиях. Например, ритмическую активность сердца можно изучить путем измерения разницы электрического потенциала между двумя соответствующими точками на поверхности тела.Точно так же температуру тела и метаболизм можно контролировать с помощью специальных устройств. После получения эти биологические сигналы требуют надлежащего лечения, чтобы раскрыть соответствующую информацию. Стандарты кондиционирования, сбора и обработки биологических сигналов объединены в широко распространенные методы измерения1–3.

Возможность изучения активации скелетных мышц посредством регистрации электрических потенциалов, возникающих во время мышечных сокращений (электромиограмма [ЭМГ]), имеет особое значение в спортивной науке и реабилитационной медицине.Например, отдавая соответствующие команды скелетным мышцам тела, фигуристы, например, совершают плавные вращения и прыжки. Гребцы же контролируют свои скелетные мускулы, периодически производя взрывные разгибания ног, за которыми следует сильное натяжение весла. ЭМГ предоставляет окно для масштабирования интенсивности и скорости мышечного сокращения и, таким образом, для регулирования сил, действующих на суставы тела2,4-6.

Электромиография — это метод обнаружения и анализа ЭМГ7.Установив электроды на поверхность кожи или вставив их в мышечную ткань8,9, можно изучить, как управляющие команды, подаваемые гребцами или фигуристами, переводятся в активацию мышц. По очевидным причинам использование поверхностных электродов стало более популярным в клинических и физиологических приложениях. Однако интерпретация поверхностных ЭМГ требует осторожности. Де Лука10 мудро заявил, что «EMG слишком проста в использовании и, следовательно, слишком легко злоупотреблять».

В этом обзоре обобщены основные аспекты, касающиеся обнаружения и применения поверхностных ЭМГ, и описано, как использование массивов поверхностных электродов дополняет современные знания о нервно-мышечной системе.Недавние обзоры, в которых подробно описаны проблемы обнаружения, обработки и применения внутримышечной и поверхностной ЭМГ, доступны заинтересованному читателю11-15.

Миоэлектрическая активность

Потенциал действия двигательных единиц (MUAP)

Двигательные единицы (MU) — это функциональные единицы нервно-мышечной системы. Каждый MU состоит из одного мотонейрона и мышечных волокон, снабжаемых его аксональными ветвями 16. Как только мотонейрон разряжается, в его нервно-мышечных соединениях генерируются потенциалы действия, которые затем распространяются по всем мышечным волокнам к областям сухожилий.Сумма этих потенциалов называется потенциалами действия двигательных единиц (MUAP) и отвечает за сокращение мышц.

Электромиограмма составной поверхности

Градация мышечной силы зависит от количества активных МЕ и скорости разряда активных единиц 17-20. Оба механизма известны как пространственное и временное суммирование MUAP. Относительный вклад этих механизмов в регуляцию мышечной силы является спорным, поскольку он варьируется между мышцами, с целевой силой и с типом сокращения 18,19.Как правило, MU набираются от самых маленьких до самых больших (например, MU с наименьшим количеством волокон набираются первыми). Похоже, это следствие производства мышечной силы21.

Этот упорядоченный набор мобильных единиц получил название принципа размера21. Хотя такой принцип был тщательно проверен 22-25, набор MUs может быть сформирован за счет механической работы мышц 26, длины мышечных волокон 27 и локализации мышечных волокон, принадлежащих одиночным MU 28.

Степень, в которой отдельные MUAP наблюдаются в поверхностной EMG, зависит от того, сколько MU активны.Рассмотрим, например, силу и следы ЭМГ, записанные от субъекта, который изометрическим образом увеличил силу подошвенного сгибания до 40% от его максимального произвольного сокращения (MVC). Крутящий момент в голеностопном суставе увеличивался (рис. 1A) с амплитудой как поверхностной, так и внутримышечной ЭМГ (рис. 1B, C) после задержки в несколько миллисекунд (например, из-за электромеханической задержки29).

Рис. 1. Электромиограммы и потенциалы действия двигательных единиц. А) показывает крутящий момент подошвенного сгибания во время изометрического сокращения рампы, от 0 до 40% MVC.Поверхностная и внутримышечная ЭМГ, записанные от медиальной икроножной мышцы, показаны на B) и C) соответственно. Краткие сроки этих сигналов показаны на D) и E). Обратите внимание на соответствие между внутримышечным и поверхностным потенциалами действия первой задействованной двигательной единицы (точки в E обозначают момент ее разряда).

Спайки во внутримышечной ЭМГ соответствуют индивидуальным ПДЕ. Таким образом, очевидно, что ДЕ набирались на протяжении всего сокращения, начиная с самой маленькой единицы (маленькие шипы на рис.1С). Напротив, MUAP не столь очевидны на поверхностной ЭМГ (рис. 1B). Поскольку поверхностные электроды менее избирательны, чем внутримышечные электроды30, поверхностная ЭМГ передает множество потенциалов действия от популяции МЕ. Это суммирование MUAP усугубляется тем фактом, что нервная система непрерывно регулирует мышечную силу, используя подходящие взаимодействия между рекрутированием MU и скоростью возбуждения 31-33. Однако при низких уровнях сокращения отдельные MUAP могут быть видны на ЭМГ поверхности интерференции (рис.1D, E). Следовательно, в зависимости от того, собираются ли ЭМГ с помощью внутримышечной или поверхностной пары электродов, а также от интенсивности мышечного сокращения, получаются разные виды ПДЕ.

Таким образом, информация, извлеченная из поверхностной ЭМГ, дает глобальные и, в редких случаях, индивидуальные признаки активности МЕ. В следующих двух разделах мы синтезируем методологические аспекты и описываем физиологическую информацию, полученную при использовании обычных биполярных электродов для регистрации поверхностных ЭМГ.Предпоследний раздел посвящен описанию новых открытий, полученных при получении и интерпретации поверхностных ЭМГ с использованием массивов электродов.

Методологические вопросы получения поверхностной электромиограммы

Как и другие биологические сигналы, поверхностная ЭМГ требует контрольного списка того, что следует делать с ее получением и обработкой. Несмотря на доступность сложных систем для получения ЭМГ и простого в использовании программного обеспечения для обработки ЭМГ, пользователи, не являющиеся экспертами, могут сделать неверные выводы.Поэтому знание методических вопросов, касающихся использования поверхностной электромиографии, является непременным условием.

Материал электродов, размер, монтаж и расположение

Существует ассортимент систем обнаружения для регистрации поверхностных ЭМГ, разработанных с использованием различных материалов, размеров и конфигураций обнаружения30.

Поверхностные электроды обычно изготавливаются из серебра / хлорида серебра (Ag / AgCl), хлорида серебра (AgCl), серебра (Ag) или золота (Au).Электроды, изготовленные из Ag / AgCl, часто предпочтительнее других, поскольку они являются почти неполяризуемыми электродами, а это означает, что импеданс электрод-кожа является сопротивлением, а не емкостью. Следовательно, поверхностный потенциал менее чувствителен к относительным движениям между поверхностью электрода и кожей34. Кроме того, эти электроды обеспечивают очень стабильную поверхность раздела с кожей, когда раствор электролита (например, гель) находится между кожей и электродом. Такой стабильный интерфейс электрод-кожа обеспечивает высокое отношение сигнала к шуму (например, амплитуда ЭМГ значительно превышает амплитуду шума), снижает помехи от линии электропередачи в биполярных отведениях (частоты 50 Гц или 60 Гц и их гармоники) и ослабляет артефакты. из-за движений тела 35.

Что касается размеров поверхностных электродов, то они варьируются по размеру от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в диаметре или длине, в зависимости от того, являются ли электроды круглыми или прямоугольными. Рассматривая одиночный поверхностный электрод как серию точечных электродов, распределенных по его контактной поверхности на коже, обнаруживаемый потенциал представляет собой средний потенциал, зарегистрированный каждым из этих точечных электродов. По этой причине, чем больше электрод, тем больше информации теряется с обнаруженной поверхности EMG36,37.Размер электродов также зависит от размера мышцы. Маленькие электроды (диаметр ~ 2 мм) позволяют размещать множество электродов на одной и той же мышце, что может быть полезно для изучения специфических мышечных свойств, не обнаруживаемых с помощью одной пары электродов38,39. Для получения репрезентативных ЭМГ активности больших мышц, таких как трицепс над верхней частью, ищутся электроды с большей поверхностью обнаружения (диаметром ~ 1 см или больше) 28,40. Затем решение об использовании маленьких или больших электродов с короткими или большими межэлектродными расстояниями должно соответствовать цели каждого исследования, размеру исследуемой мышцы и пространственному разрешению, которого мы хотим достичь.

Монтаж электродов — еще одна важная проблема для обнаружения поверхностных ЭМГ. Обычно ЭМГ получают либо в монополярной, либо в биполярной конфигурации. Монополярные ЭМГ соответствуют электрическому потенциалу, обнаруженному на поверхности кожи, непосредственно над мышечной тканью, по сравнению с потенциалом, измеренным с помощью электрода сравнения, расположенного в костных областях на коже41 (рис. 2; блок 1 на рис. 3). Хотя монополярное отведение обеспечивает регистрацию фактических поверхностных потенциалов, оно также может регистрировать помехи от внешних источников (например, линии электропередачи) или активности источников (например, удаленных мышц), помимо исследуемой мышцы.Последнее явление, известное как перекрестные помехи, вероятно, уменьшится при использовании биполярного монтажа. Амплитуда MUAP, генерируемых в отдаленных мышцах, или глубокими MU в исследуемой мышце, равномерно распределяется по поверхности кожи, где расположены электроды 42,43. Следовательно, эти потенциалы появляются с одинаковой амплитудой в монополярной ЭМГ. Учитывая, что биполярная ЭМГ (также называемая одиночной дифференциальной ЭМГ) возникает из-за разницы между двумя монополярными ЭМГ (рис. 2, правая панель), синфазное напряжение, встроенное в оба сигнала, из-за перекрестных помех, вызванных активностью глубоких МЕ, к помехам от линии электропередачи или к любому другому источнику помех, появляются с очень похожими амплитудами на обоих электродах, а затем значительно ослабляются в дифференцированном сигнале.Степень подавления синфазного сигнала зависит от коэффициента подавления синфазного сигнала (CMRR), который является характеристикой дифференциальных усилителей, и от дисбаланса импеданса электрод-кожа между двумя участками записи (подробнее см. Merletti et al. подробности об отмене синфазного сигнала). Хотя биполярные записи менее чувствительны к помехам и перекрестным помехам, они уменьшают «объем обнаружения» и ослабляют вклад глубоких МЕ в поверхностные ЭМГ.

Фиг.2. Обычный монтаж электродов. Показано схематическое изображение расположения поверхностных электродов, включая обнаруженные поверхностные ЭМГ. Два электрода расположены на коже непосредственно над мышечной тканью, тогда как электрод сравнения расположен рядом с костными областями на коже. Монополярные ЭМГ, обнаруженные парой поверхностных электродов, показаны вверху справа. Каждая из этих ЭМГ (кривые 1 и 2) соответствует разнице между электрическими потенциалами, обнаруженными каждым поверхностным электродом, и электродом сравнения (предположительно нулевым).Обычная биполярная ЭМГ (кривая 3) получается путем дальнейшего дифференцирования двух монополярных ЭМГ. Для наглядности пунктирными вертикальными линиями обозначены моменты, когда разница между трассами 1 и 2 максимальна, равна нулю и минимальна (t1, t2 и t3 соответственно). Монополярные ЭМГ, показанные на правой панели, являются примерами потенциалов действия одного волокна, смоделированными, как описано в Vieira et al91.

Рис. 3. Упрощенная блок-схема получения поверхностной электромиограммы. Блок-схема, показывающая каждый из основных этапов получения поверхностных электромиограмм: (1) обнаружение миоэлектрических потенциалов с помощью поверхностных электродов и электрода сравнения, схематически изображенных на медиальном надмыщелке плечевой кости; (2) усиление таких потенциалов с помощью дифференциальных усилителей; (3) аналоговая фильтрация усиленных потенциалов во избежание наложения спектров и, наконец; (4) преобразование поверхностной электромиограммы в цифровые значения напряжения для сохранения в компьютере (5).

Тот факт, что синфазные сигналы подавляются в дифференциальных ЭМГ, имеет значение для позиционирования поверхностных электродов. Рассмотрим, например, два поверхностных электрода, расположенных симметрично по обе стороны от зоны иннервации (IZ), которая является средним расположением нервно-мышечных соединений, и параллельно мышечным волокнам. Поскольку потенциалы действия распространяются в противоположном направлении от IZ, каждый поверхностный электрод будет регистрировать один и тот же монополярный потенциал в одно и то же время.Таким образом, вклады от этого MU не будут отображаться в дифференциальной EMG. Неудивительно, что некоторые исследования предполагают, что расположение биполярных систем обнаружения находится где-то между IZ и областями сухожилий 44-48. Эта рекомендация требует от использования систем обнаружения высокой плотности и касается мышц, волокна которых копланарны коже. Однако дать рекомендации по правильному расположению поверхностных электродов на мышцах перистой архитектуры непросто28.Хотя в проекте SENIAM49 были предложены рекомендации по размещению поверхностных электродов, использование систем высокой плотности еще больше пролило свет на этот вопрос. В разделе «Поверхностная электромиограмма высокой плотности» будут обсуждаться вопросы, связанные с расположением поверхностных электродов, распространением потенциалов действия и ориентацией мышечных волокон.

Подготовка кожи

Очищение кожи полезно для обеспечения записи ЭМГ с низким уровнем шума. Соответствующая подготовка кожи обеспечивает удаление волос на теле, масел и шелушащихся слоев кожи и, как следствие, снижает сопротивление на границе раздела электрод-гель-кожа.Бритье, смачивание и растирание спиртом, ацетоном или эфиром часто рассматриваются для очищения кожи. Различные методы подготовки кожи дают разные результаты15. Боттин и Ребекки50 показали, что использование абразивного раствора, по-видимому, работает лучше, чем спирт, как для уменьшения импеданса электрод-кожа, так и для минимизации аллергических реакций. Некоторые авторы все еще работают над улучшением контакта электрода с кожей, поскольку это необходимо для определения поверхностных ЭМГ высокого качества.Тем не менее, предварительные результаты показывают, что смачивание чистой кожи водой, а не или в дополнение к истиранию, является наиболее эффективным фактором снижения импеданса электрод-кожа15.

Основные свойства систем для получения поверхностной электромиограммы

Миоэлектрическая активность проявляется на поверхности кожи в виде электрических потенциалов с ограниченной полосой пропускания, от 15 до 400 Гц, и с очень малой амплитудой, от нескольких микро- до нескольких милли- Пик-пик вольт, в зависимости от интенсивности мышечного сокращения.В этом случае требуются очень чувствительные инструменты для обнаружения, усиления, кондиционирования и оцифровки поверхностных ЭМГ в соответствии с упрощенной блок-схемой, показанной на рисунке 3. В дополнение к этим блокам, для получения поверхностных ЭМГ участвуют и другие этапы. Например, схемы выборки и хранения, а также мультиплексоры часто предшествуют стадии усиления в сложных электромиографических системах. Вместо того, чтобы сосредотачиваться на деталях электроники, здесь мы кратко описываем основные аспекты, касающиеся аппаратуры, необходимой для записи поверхностной ЭМГ.Заинтересованный читатель найдет исчерпывающее описание схем в недавнем обзоре, опубликованном Мерлетти и др. 15.

Дифференциальные усилители умножают разницу между двумя сигналами напряжения на постоянное значение, усиление усилителя, и являются важным этапом в системах сбора данных для поверхностной ЭМГ. Усиление (блок 2; рис. 3) важно для того, чтобы амплитуда обнаруженных ЭМГ соответствовала динамическому диапазону аналого-цифрового преобразователя (блок 4). Обычно динамический диапазон аналого-цифрового преобразователя в электромиографических системах составляет от ± 2.От 5 В до ± 10 В. По этой причине малые поверхностные ЭМГ должны быть усилены перед их оцифровкой, иначе оцифрованный сигнал не будет содержать фактических колебаний амплитуды ЭМГ, возникающих в результате активности МЕ. Как правило, усилители для записи поверхностной ЭМГ должны иметь высокий входной импеданс (> МОм), чтобы минимизировать возможные помехи в линии электропередачи, вызванные несбалансированным импедансом в интерфейсах электрод-кожа, и высоким CMRR, чтобы гарантировать подавление обнаруженных синфазных напряжений. индивидуальными поверхностными электродами.

Любой сигнал может быть представлен суммой синусоид разных частот. Поверхностные ЭМГ состоят из синусоид от 15 Гц до 400 Гц. Когда аналоговые сигналы дискретизируются со скоростью, меньшей, чем в два раза превышающей их самую высокую частоту (например, менее 800 отсчетов / с для поверхностных ЭМГ), синусоиды с частотами выше этого порога накладываются на низкочастотные синусоиды. Это явление, известное как наложение спектров, подавляется с помощью аналоговых фильтров нижних частот (блок 3 на рис.3). Удаление нежелательных компонентов с поверхности ЭМГ возможно также после ее оцифровки с использованием цифровых фильтров. Например, помехи от линии электропередачи можно ослабить с помощью цифровых режекторных фильтров51 или с помощью метода спектральной интерполяции52. Точно так же артефакты движения, появляющиеся на частотах ниже 20 Гц, могут быть удалены с поверхностных ЭМГ с помощью фильтра высоких частот. Обычно для цифровой фильтрации поверхностных ЭМГ рекомендуются полосовые фильтры с частотой среза 15 Гц и 400 Гц.

Еще одна важная проблема для получения поверхностных ЭМГ — это разрешение аналого-цифрового преобразователя (блок 4 на рис. 3), в частности, для сокращений низкого уровня. Чем выше разрешение, тем больше уровней напряжения используется для оцифровки амплитуды аналоговых сигналов. Разрешение аналого-цифрового преобразователя определяется делением его динамического диапазона на количество уровней. Количество уровней N равно 2B = N, где B — количество битов. Например, наименьшая измеряемая амплитуда аналого-цифровым преобразователем с 12 битами и ± 2.Динамический диапазон 5 В составляет 1,22 мВ (например, 5 В / 212 уровней). Если ЭМГ усиливаются с коэффициентом усиления 1000, наименьшие обнаруживаемые потенциалы будут иметь размах амплитуды выше 1,22 мкВ (например, 1,22 мВ / 1000). Такая конфигурация, вероятно, достаточна, например, для изучения активности икроножной мышцы во время стояния, так как в этом состоянии, не требующем усилий, MUAP появляются на поверхностных ЭМГ с амплитудами не ниже нескольких десятков микровольт53. Уменьшая коэффициент усиления усилителя или уменьшая разрешающую способность аналого-цифрового преобразователя, активность небольших MU может некорректно влиять на оцифрованную поверхностную ЭМГ, потому что они выглядят как лестницы с гибкими ступенями.

Извлечение физиологической информации из поверхностной электромиографии

Оценка индивидуальной или общей мышечной силы и идентификация мышц, способствующих выполнению определенных двигательных задач или отвечающих на стимулы растяжения, являются некоторыми примерами применения поверхностной электромиографии54-59. Поскольку для управления мышечной силой требуется модуляция количества, а также скорости возбуждения активных МЕ, и учитывая, что поверхностное распределение миоэлектрической активности является результатом суммирования MUAP (см. Раздел Миоэлектрическая активность), вариации мышечной силы а по амплитуде составные интерференционные ЭМГ ортодоксальны.Чем выше целевая сила, тем больше MUAP суммируется и, следовательно, тем выше амплитуда EMG, обнаруживаемых на поверхности кожи. Хотя изменения амплитуды ЭМГ и мышечной силы не одновременны, из-за присущей задержки между генерацией ПДЕ и сокращением мышц (также называемой электромеханической задержкой29), индексы амплитуды поверхностных ЭМГ отражают фактическую степень активации мышц.

В то время как индексы амплитуды поверхностных ЭМГ дают представление об интенсивности мышечных сокращений, изменения формы или ширины ПДП можно исследовать с помощью частотного анализа поверхностных ЭМГ.Например, во время длительных произвольных сокращений MUAP распространяются с все более низкой скоростью6. Точно так же поверхностные потенциалы, измеренные во время электрически вызванных сокращений, также называемые М-волнами, показывают снижение скорости проводимости в течение длительных периодов стимуляции60,61. M-волны, обнаруженные от двуглавой мышцы плеча с помощью пары поверхностных электродов, показаны на рисунке 4A для пяти различных моментов в течение 25 секунд стимуляции. Биполярные импульсы стимуляции подавались с частотой 16 Гц и имели сверхмаксимальную амплитуду (например, амплитуда каждого импульса была выше, чем значение, обеспечивающее наивысшую обнаруживаемую М-волну).Из-за замедления M-волн при утомлении поверхностный потенциал, обнаруженный к концу протокола стимуляции, имел значительно большую продолжительность, чем записанный в начале (сравните самые толстые и самые тонкие кривые на 4A). Таким образом, ясно, что частотный состав поверхностных ЭМГ связан со скоростью проводимости MUAP. Поскольку для оценки скорости проводимости требуется соответствующее расположение по крайней мере двух пар биполярных электродов вдоль мышечных волокон48 (см. Раздел «Поверхностная электромиограмма высокой плотности»), частотный анализ может быть полезен для оценки миоэлектрических проявлений мышечной усталости с помощью одиночных биполярных ЭМГ. .

Рис. 4. Миоэлектрические проявления мышечной усталости. A) иллюстрирует M-волны, обнаруженные в двуглавой мышце плеча в пять различных моментов времени. С начала (5 с) до конца стимуляции (25 с) М-волны представлены все более тонкими и темными следами. B) показывает крутящий момент в голеностопном суставе и поверхностную ЭМГ от мышцы MG в течение 30 секунд изометрического подошвенного сгибания при 60% MVC. C) Средняя частота поверхностной ЭМГ, вычисленная для эпох 250 мс, уменьшилась с ~ 160 Гц до ~ 141 Гц на протяжении всего устойчивого изометрического сокращения.

Дескрипторы амплитуды поверхностных электромиограмм

Для оценки амплитуды поверхностных ЭМГ могут использоваться разные индексы. Можно просто рассматривать разницу между наименьшим и наибольшим значениями амплитуды (например, размахом амплитуды) как показателем того, насколько велика записанная ЭМГ. Однако, учитывая, что мгновенная амплитуда поверхностных ЭМГ зависит от нескольких факторов, таких как, например, суммирование MUAP различной формы, размах амплитуды не является надежным дескриптором.Общие дескрипторы амплитуды состоят из усреднения выпрямленных или возведенных в квадрат выборок необработанной поверхностной ЭМГ по продолжительности двигательной задачи. Эти дескрипторы известны как усредненное выпрямленное значение (ARV) и среднеквадратичная амплитуда (RMS) и определяются как:

, где N означает количество усредняемых выборок.

Из этих уравнений ясно, что только одно значение амплитуды, оцененное с помощью дескриптора ARV или RMS, получается из N образцов поверхностной ЭМГ.Часто бывает полезно исследование временных вариаций амплитуды поверхностных ЭМГ (например, для оценки мышечной силы по миоэлектрической активности) 57,62. В этом случае амплитуда ЭМГ оценивается по коротким периодам, обычно продолжающимся 250 или 500 мс, на протяжении всей продолжительности записи. Таким образом, уравнения 1 и 2 переписываются как:

, где d соответствует эпохе, в течение которой вычисляется амплитуда ARV или RMS.

Хотя оба дескриптора успешно отслеживают изменения амплитуды ЭМГ, они дают несколько разные результаты.Из-за оператора квадрата дескриптор RMS по-разному оценивает выборки EMG. Образцы с малой амплитудой ослабляются, тогда как образцы с высокой амплитудой ЭМГ выделяются. По этой причине, когда используется дескриптор RMS, периоды высокой миоэлектрической активности более очевидны по сравнению с периодами низкой активности. С другой стороны, временные вариации амплитуды поверхностных ЭМГ, оцененные с помощью дескрипторов АРВ, напрямую связаны со степенью миоэлектрической активности. Несмотря на разный вес образцов ЭМГ, RMS может быть предпочтительнее дескриптора ARV, поскольку он устанавливает физический смысл (например, дескриптор RMS измеряет мощность EMG, тогда как ARV измеряет площадь под сигналом).

Для заинтересованного читателя могут быть использованы более сложные подходы для оценки амплитуды поверхностной ЭМГ, основанные либо на использовании отбеливающих фильтров перед оценкой среднеквадратичной или АРВ амплитуды63, либо на интеграции выпрямленных ЭМГ64.

Спектральные дескрипторы поверхностных электромиограмм

В очень простом виде применение частотного анализа к поверхностным ЭМГ позволяет проверить, насколько быстро изменяется миоэлектрическая активность. Как упоминалось в разделе «Материал электродов, размер, монтаж и расположение», с математической точки зрения поверхностные ЭМГ состоят из синусоид с частотами от 15 до 400 Гц.Относительный вклад каждой из этих синусоид в составную ЭМГ можно оценить с помощью специальных алгоритмов. Функция спектральной плотности мощности описывает распределение мощности сигнала по всем частотам, составляющим стационарный сигнал (например, она дает спектр сигнала; читатели, не знакомые с концепцией частотного анализа, могут найти полезную информацию) 65,66. Следовательно, любое изменение формы MUAP из-за изменения скорости их проведения (рис.4A) или к любым другим факторам, будет наблюдаться в спектральном представлении поверхностных ЭМГ. Поскольку MUAP распространяются с меньшей скоростью при утомлении мышц, относительный вклад низких частот в поверхностную ЭМГ ожидаемо увеличивается на протяжении утомительного сокращения (рис. 4B, C). Таким образом, спектральные дескрипторы полезны для регистрации изменений в распределении мощности по синусоидам, составляющим поверхностную ЭМГ, особенно во время утомляющих двигательных задач.

Средняя частота (MNF) и медианная частота (MDF) являются примерами спектральных дескрипторов, обычно используемых в поверхностной электромиографии6,67.Эти индексы являются показателями центральной тенденции и, следовательно, показывают, на какой частоте распределяется мощность поверхностных ЭМГ. После оценки спектра мощности (P) поверхностной ЭМГ ее MNF можно рассчитать как:

, где f соответствует частотам, представленным в P, в диапазоне от 0 (например, среднее значение или значение постоянного тока) до половины частоты ( fs), на котором производится выборка ЭМГ.

И наоборот, MDF разделяет спектр мощности ЭМГ на две области равной мощности:

Что касается дескрипторов амплитуды, MNF и MDF могут быть рассчитаны за короткие периоды, что позволяет отслеживать изменения частотного содержания поверхностных ЭМГ во времени. .Изменения MNF во время устойчивого сокращения подошвенного сгибания (60% MVC) показаны для биполярной ЭМГ, записанной с медиальной икроножной мышцы (рис. 4B, C). MNF оценивали для периодов 250 мс, и пара поверхностных электродов располагалась в дистальной области мышцы, где волокна икроножной мышцы параллельны поверхности кожи28. Несмотря на постоянный момент подошвенного сгибания и постоянную амплитуду необработанной ЭМГ (рис. 4B), MNF линейно уменьшалась (0,63 Гц / с) от начала сокращения (рис.4С), что указывает на миоэлектрическое проявление утомления МГ.

Все концепции, описанные до сих пор, относятся к обычной биполярной ЭМГ. Благодаря использованию систем обнаружения с высокой плотностью, многое было достигнуто в понимании нервно-мышечной системы.

Поверхностная электромиограмма высокой плотности

Традиционно для регистрации поверхностных ЭМГ отдельных мышц используется одна пара электродов. Однако возможность измерения миоэлектрической активности из разных участков одной и той же мышцы привлекает все больше врачей, физиотерапевтов и исследователей.В этом разделе мы описываем, какую информацию можно получить, когда для обнаружения ЭМГ используются несколько поверхностных электродов, а не обычная биполярная конфигурация. Читателям, интересующимся техническими аспектами техники высокой плотности, предлагается обратиться к ключевым обзорам, опубликованным недавно11,15,30.

Термины «многоканальный» и «высокая плотность» используются как синонимы для обозначения отбора проб миоэлектрической активности с помощью нескольких поверхностных электродов. В этом отношении многоканальность является универсальной и, таким образом, сбивает с толку, поскольку, возможно, относится либо к отбору образцов из одних и тех же или из разных мышц.Генри и др. 58, например, исследовали формирование постуральной синергии, используя несколько пар электродов, каждая из которых расположена на разных мышцах нижних конечностей и туловища. Эти авторы использовали многоканальную систему для записи поверхностных ЭМГ различных мышц. И наоборот, чтобы определить расположение мышц, обеспечивающее высочайшее качество записи поверхности, Sacco et al68 записали несколько ЭМГ от отдельных мышц нижней конечности. В этом случае использовалась многоканальная система для отбора проб из разных областей одной мышцы.Хотя высокая плотность менее неоднозначна и предпочтительнее многоканальной, когда речь идет о способности записывать несколько ЭМГ от отдельных мышц, нет никаких указаний относительно количества электродов для системы обнаружения, которая должна быть классифицирована как высокая плотность. В настоящее время поверхностная ЭМГ высокой плотности (HD-sEMG) подразумевает множественные электромиограммы, записанные с одной мышцы с помощью моно- или двумерных массивов поверхностных электродов.

Системы для обнаружения HDs-EMG демонстрируют большое разнообразие размеров и формы сетки электродов, материала, из которого изготовлена ​​сетка, расстояния между электродами и контакта электрода с кожей (сухой или гелеобразный). ).Этот набор атрибутов зависит главным образом от мышц, от которых должны регистрироваться ЭМГ. Небольшая сетка из близко расположенных электродов (расстояние между электродами от 2,5 до 5,0 мм; IED) хорошо подходит для получения HDs-EMG от крошечных мышц руки и лица. McNaught et al38, например, использовали сетку из серебряных штыревых электродов (2,5 мм IED), чтобы исследовать способность субъектов контролировать набор и скорость кодирования отдельных моторных единиц в приводящей мышце большого пальца. Lapatki et al39 изучали активность отдельных двигательных единиц лицевой мускулатуры с помощью гибкой двумерной сетки из 60 покрытых серебром электродов (4 мм IED), установленных на держателе Polymid.Эта матрица фиксировалась на коже двусторонней адгезивной пеной, а контакт электрода с кожей обеспечивался токопроводящим кремом. Напротив, для картирования миоэлектрической активности в мышцах большего размера требуется больший массив электродов. Индивидуальный вклад каждой икроножной мышцы в общий момент подошвенного сгибания оценивался с помощью большой матрицы из 128 электродов либо во время изометрических сокращений, либо в спокойном положении стоя (28,40). В зависимости от архитектуры мышц может потребоваться определенная система обнаружения.Для обнаружения HD-пЭМГ из наружного анального сфинктера, мышцы с круговой архитектурой, Мерлетти и др. (69) разработали круговую матрицу из 16 электродов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, встроенных в цилиндрический зонд диаметром 14 мм. Вместо того, чтобы отражать отсутствие необходимых стандартов, все доступные сетки электродов показывают, насколько необычными могут быть мышца или двигательная задача.

Какую информацию можно получить из поверхностной электромиограммы высокой плотности?

При первом взгляде на поверхностные ЭМГ, полученные с помощью системы высокой плотности, можно сделать предположение о большой избыточности.На рисунке 5 показаны одиночные дифференциальные ЭМГ, записанные с длинной головки двуглавой мышцы плеча с помощью линейного массива из 16 поверхностных электродов (10 мм IED) в течение 21 с изометрического сокращения при 40% MVC. Изучение рисунка 5 показывает замечательное сходство между сигналами. После первой секунды сила сгибания в локтевом суставе начинает увеличиваться (рис. 5A), и некоторое увеличение амплитуды наблюдается аналогично для некоторых ЭМГ (рис. 5B). В то время как поверхностные ЭМГ имеют небольшую амплитуду в некоторых каналах (от канала 1 до 5 и канала 15), другие каналы обнаруживают значительно более высокую миоэлектрическую активность.Тогда можно было бы сразу возразить, что пары электродов, расположенных где-то поблизости от каналов 6-14, вероятно, будет достаточно для изучения активации двуглавой мышцы плеча. Это действительно может быть так, если мы хотим знать, активна эта мышца или нет. Однако другая анатомическая и физиологическая информация может быть извлечена из HD-sEMG.

Рис. 5. Извлечение информации из электромиограммы с высокой плотностью поверхности. А) показывает профиль силы сгибания локтя.15 поверхностных ЭМГ, записанных от двуглавой мышцы плеча, показаны на панели B), которая включает схематическое изображение положения группы электродов по отношению к мышце. Для удобства показана только длинная головка двуглавой мышцы плеча. Обратите внимание, насколько амплитуда ЭМГ изменяется в зависимости от местоположения канала (например, пары электродов), в котором они были записаны.

Когда поверхностные ЭМГ отображаются в виде одинарного дифференциала, потенциалы действия двигательных единиц появляются с очень низкой амплитудой в том месте, где они генерируются.Когда деполяризация мембраны мышечных волокон превышает некоторый порог (примерно -45 мВ), генерируются потенциалы действия. Затем деполяризованные области распространяются в противоположных направлениях от местоположения концевой пластины к проксимальным и дистальным сухожилиям. Учитывая, что одиночные дифференциальные сигналы возникают из-за разницы между двумя монополярными ЭМГ, обнаруженными парой электродов (рис. 2), обнаруженная ЭМГ будет иметь почти нулевую амплитуду, если положение концевой пластины находится посередине между последовательными поверхностными электродами44,45.И наоборот, если положение концевой пластины точно совпадает с положением любого электрода в линейном массиве, то из-за их распространения потенциалы действия, записанные в каналах по обе стороны от местоположения концевой пластины, появляются с одинаковой амплитудой и противоположной фазой. (рис. 6; понятие потенциалов распространения будет дополнительно объяснено ниже). Когда потенциалы действия двигательных единиц достигают сухожилия, они гаснут, создавая поверхностный потенциал со свойствами дальнего поля (например, электрический потенциал равномерно распределяется по поверхности кожи; см. Рисунок 4 в Stegeman et al70).Это явление также называют эффектом конца волокна71. В результате разные поверхностные электроды одновременно обнаруживают один и тот же монополярный потенциал. При дифференциальном выводе этот синфазный сигнал ослабляется, что приводит к появлению поверхностных ЭМГ с небольшой амплитудой.

Рис. 6. Распространение поверхностных потенциалов на поверхностной электромиограмме высокой плотности. Показан короткий период (100 мс) поверхностных ЭМГ, изображенных на фиг. 5В, и положение массива электродов по отношению к двигательному блоку.Потенциалы действия наблюдаются только в каналах с 6 по 15. Эти потенциалы сначала наблюдаются в каналах 10 и 11 с противоположными фазами. Через несколько миллисекунд из-за распространения потенциалов действия к обеим участкам сухожилий поверхностные потенциалы появляются в соседних каналах. Задержка между потенциалами, зарегистрированными в разных каналах, лучше представлена ​​наклонными пунктирными линиями.

На основании амплитуды обнаруженной миоэлектрической активности можно оценить расположение сухожилий и концевых пластинок, а также длину мышечных волокон с помощью HD-sEMG.Например, проксимальный и дистальный интерфейсы мышцы-сухожилия, по-видимому, расположены, соответственно, около канала 5 и дальше от канала 15 массива, показанного на рисунке 5. Грубая оценка длины мышечных волокон (более 100 мм ) в длинной головке двуглавой мышцы плеча можно получить, умножив ИЭУ (10 мм) на количество каналов с ЭМГ высокой амплитуды (не менее 10 каналов; рис. 5В). Однако в этом случае определить расположение концевых пластин не так просто.На десятом канале регистрировалась ЭМГ с меньшей амплитудой, чем в соседних каналах. Несмотря на свою небольшую амплитуду, ЭМГ в десятом канале содержала поверхностные потенциалы с противофазой по сравнению с поверхностными потенциалами в канале 11 (рис. 6). Следовательно, согласно приведенным выше аргументам, нервно-мышечное соединение находится где-то между каналами 10 и 11. Также стоит упомянуть, что расположение концевых пластин не сосредоточено на одном поперечном сечении скелетных мышц.Вместо этого он немного рассредоточен по продольной оси мышечных волокон72. По этой причине термин IZ (зона иннервации) предпочтительнее, чем расположение на концевой пластине. В случае с рис. 5 можно заметить, что IZ двигательных единиц, потенциалы которых регистрировались с помощью набора электродов, находится не проксимальнее канала 10 и не более дистальнее канала 11. Зная положение линейного набора электродов. На руке можно отметить участки сухожилий и IZ на поверхности кожи и сравнить их с расположением анатомических ориентиров.Эта процедура обычно рассматривается для правильного позиционирования поверхностных электродов48. Кроме того, определение фактического местоположения IZ может быть потенциально полезным для предотвращения денервации наружного анального сфинктера во время эпизиотомии69 и для лечения пациентов со спастическими расстройствами посредством управляемой инъекции ботулинического токсина73.

Скорость проведения потенциалов действия, распространяющихся по мышечным волокнам, также может быть оценена при использовании системы высокой плотности для получения поверхностных ЭМГ.Если массив поверхностных электродов расположен на коже параллельно направлению мышечных волокон, тогда каждый электрод будет записывать отсроченную версию MUAP. На рис. 6 показан короткий период поверхностных ЭМГ, изображенных на рис. 5. Поверхностный потенциал сначала появляется в двух каналах, ближайших к IZ (см. Потенциал в каналах 10 и 11 на рис. 6). Противоположность фаз, наблюдаемая для этих потенциалов, является результатом того факта, что потенциалы действия распространяются в противоположных направлениях от IZ (например, между каналами 10 и 11).Для каналов, которые становятся все более удаленными, тот же поверхностный потенциал возникает после задержки, пропорциональной расстоянию между электродами (см. Потенциалы в каналах 6-10 и 11-15 на рис. 6). Таким образом, скорость проводимости представляет собой отношение между IED и задержкой между поверхностными ЭМГ, регистрируемыми последовательными электродами или электродными парами. Были предложены различные методы для оценки задержки между ЭМГ в области времени74,75 и частоты76,77. Подробный обзор различных методов оценки скорости проводимости по поверхностным ЭМГ см. В Farina and Merletti78.Следует иметь в виду, что скорость проводимости, оцененная по поверхностным ЭМГ, отражает, но не отражает скорость проводимости потенциалов действия отдельных двигательных единиц. Если читателя интересует оценка скорости проводимости отдельных двигательных единиц, следует рассмотреть либо метод усреднения, запускаемый спайками79, либо разложение HD-sEMG80.

Репрезентативность мышечной активации на поверхностной электромиограмме с высокой плотностью

Применения, связанные с поверхностной электромиографией, касаются, как правило, исследования того, активны ли скелетные мышцы59,81 или с какой интенсивностью они активны54,82 и сколько мышц активны (например, синергизм) 58,83 в конкретной двигательной задаче.Когда для любой из этих целей используется пара поверхностных электродов, предполагается, что обнаруженная ЭМГ отражает общую мышечную активность. Если это так, то использование систем высокой плотности, безусловно, обеспечит «избыточные» поверхностные ЭМГ. Интенсивность и время активации двуглавой мышцы плеча, например, одинаково хорошо оцениваются по поверхностным ЭМГ в любом из шести каналов, от канала 10 до 15, массива электродов, показанного на рисунке 5. Тем не менее, когда с использованием набора биполярных поверхностных электродов или системы обнаружения высокой плотности наблюдалось неравномерное распределение электромиографической активности для отдельных мышц нижней конечности28,40,81,84.

Степень, в которой поверхностные ЭМГ отражают нервно-мышечную активность, зависит от положения и ориентации электродов по отношению к мышечным волокнам. Международные рекомендации по размещению поверхностных электродов обычно предполагают, что мышечный живот является лучшим местом для записи высококачественных ЭМГ49. Такое указание основывается на устаревшем доводе о том, что с живота мышцы, где площадь поперечного сечения мышцы часто самая большая, поверхностные электроды образуют образец миоэлектрической активности.На рисунке 5 показано, и в нескольких исследованиях сообщается6,45,69, что поверхностные ЭМГ не отражают фактическую активность двигательных единиц, когда система обнаружения расположена близко к IZ. В динамических задачах расположение электродов более критично. При изменении угла сустава положение как мышечных волокон, так и IZ изменяется в зависимости от положения системы обнаружения5. Кроме того, в зависимости от ориентации поверхностных электродов и мышечных волокон амплитуда ЭМГ сильно различается.Для линейного набора электродов, выровненных идеально параллельно продольной оси мышечных волокон, все каналы в массиве обнаруживают поверхностные потенциалы с одинаковой амплитудой и с разной временной задержкой (например, из-за распространения потенциалов действия). В предельном случае перпендикулярного выравнивания между системой обнаружения и мышечными волокнами, амплитуда одиночных дифференциальных ЭМГ существенно уменьшается с увеличением расстояния между волокнами, снабжаемыми активными мотонейронами, и поверхностными электродами 43,85,86.Следовательно, только поверхностные электроды, расположенные вблизи территории активных двигательных единиц, регистрируют значительную миоэлектрическую активность. Хотя установка пары поверхностных электродов на кожу требует осторожности, использование систем высокой плотности обеспечивает более репрезентативные ЭМГ.

Локальная активация скелетных мышц еще больше ухудшает представление о миоэлектрической активности на поверхностных ЭМГ. Было показано, что скелетные мышцы делятся на функциональные субъединицы, нервно-мышечные компартменты55,87,88 (для обзора см. English et al89).Поскольку отдельные компартменты снабжены отдельными главными нервными ветвями, может быть возможна независимая активация единственного компартмента. Доказательства, подтверждающие локализованную активацию скелетных мышц у людей, растут28,40,55,81,84. Vieira et al28 использовали большую матрицу из 128 поверхностных электродов (рис. 7A), чтобы исследовать, активируются ли одновременно медиальная и латеральная икроножные мышцы для стабилизации спокойной позы человека стоя. Одним из поразительных результатов этого исследования было различное время модуляции амплитуды ЭМГ, записанной от одной и той же икроножной мышцы.Когда испытуемые покачивались вперед, амплитуда поверхностных ЭМГ, обнаруженных в разных каналах одного и того же столбца матрицы электродов, изменялась в разные моменты времени (см. Рис. 2, 5 и 9 в Vieira et al., 90). Интересно, что задержка между EMG, обнаруживаемая в последовательных каналах, не соответствовала ожидаемой для распространения потенциалов действия 28. Эта переменная синхронизация, вероятно, была связана с последовательной активацией двигательных единиц во время стояния. Для субъекта, данные которого показаны на рис. 7, очевидно, что медиальная икроножная мышца активировалась преимущественно во время стояния.Картирование ЭМГ показывает локализованную активацию в этой же мышце (сравните области с разными цветами на рис. 7A). Тщательный осмотр необработанной HDs-EMG, обнаруженной из медиальной икроножной мышцы, действительно показывает, что потенциалы действия различных двигательных единиц регистрируются на определенных участках вдоль одного и того же столбца электродов (рис. 7B). Затем представление миоэлектрической активности перистой икроножной мышцы с помощью пары поверхностных электродов, возможно, маскирует активацию различных областей мышц.

Рис. 7. Картирование электромиограмм и локализованной миоэлектрической активности. A) показывает интерполированную карту амплитуды АРВ-терапии для поверхностных ЭМГ, записанных с центральной и боковой икроножных мышц, когда субъект неподвижно стоял в течение 40 с (вверху; подробности протокола см. В Vieira et al, 2010). Использовалась матрица из 128 люверсов. Отпечатки люверсов видны на коже после удаления матрицы (внизу). Место соединения обеих икроножных мышц совпало с восьмым столбиком, что подтверждается ультразвуковым сканированием.B) изображает столкновение с центром давления тела (вверху), 15 с необработанных поверхностных ЭМГ, записанных в пятом столбце матрицы (в центре), и короткую эпоху этих необработанных сигналов (внизу). Повышенная миоэлектрическая активность соответствует смещению центра давления вперед. Обратите внимание, что на нижней панели потенциалы действия разных двигательных единиц появляются в разных каналах в одном столбце электродов.

Благодаря совместному использованию высокоплотных и внутримышечных систем обнаружения, было получено понимание интерпретации поверхностных ЭМГ, обнаруженных в перистых мышцах.Vieira et al81 инициировали и усреднили 15 одиночных дифференциальных поверхностных ЭМГ, обнаруженных вдоль всей медиальной икроножной мышцы, с использованием паттерна возбуждения отдельных двигательных единиц, идентифицированных с помощью внутримышечных ЭМГ. Поверхностное представление потенциалов действия двигательных единиц ограничивалось небольшой областью на поверхности кожи81. Это локализованное представление потенциалов действия двигательных единиц указывает на то, что из-за его перистальтики поверхностные ЭМГ, регистрируемые от икроножной мышцы, являются избирательными.По этой причине отображение общей активации икроножных мышц в поверхностных ЭМГ требует наличия системы обнаружения с высокой плотностью. Если такой системы нет в наличии, использование пары достаточно разнесенных поверхностных электродов (IED> 2 см), вероятно, обеспечит более репрезентативную ЭМГ, чем использование близко расположенных электродов на икроножных мышцах. Однако пользователь должен знать, что увеличение расстояния между электродами увеличивает вероятность регистрации миоэлектрической активности других мышц (например, перекрестных помех) 42.

Хотя большой набор поверхностных электродов еще не так популярен, как обычные биполярные электроды, актуальность HD-sEMG для изучения активации мышц становится все более очевидной. Например, в настоящее время доступны алгоритмы автоматической идентификации локализованной мышечной активации40,91. Автоматическое отслеживание активации мышц может быть полезным для управления протезами, для оценки силы отдельных мышц и результирующих моментов в суставах, а также для идентификации мышечных отделов.Использование систем обнаружения высокой плотности привело к появлению множества приложений, которые когда-то были ограничены неспособностью обычных систем собирать репрезентативную нервно-мышечную активность.

Заключение

Достижения в области поверхностной электромиографии прогрессируют с экспоненциальной скоростью. Традиционный биполярный монтаж сначала был заменен линейной решеткой электродов, а затем сложной двумерной решеткой электродов. Эти одно- и двумерные массивы называются системами обнаружения высокой плотности для записи поверхностных ЭМГ.В то время как биполярных электродов может быть достаточно для отслеживания активации скелетных мышц и начала активации мышц, системы высокой плотности предоставляют уникальную анатомическую и физиологическую информацию. Расположение зон иннервации и областей сухожилий, длина мышечных волокон, скорость проведения потенциалов действия отдельных двигательных единиц, а также глобальная «средняя» скорость проведения — все это можно оценить с помощью поверхностных ЭМГ с высокой плотностью. Кроме того, матрицы электродов полезны для выборки репрезентативной миоэлектрической активности мышц с определенной геометрией и мышц, активация которых может быть локализована.Со всеми доступными в настоящее время системами обнаружения читатель может спросить: Какая система обнаружения подходит для моего приложения? Ответ ясен, но заслуживает размышления: это зависит от двигательной задачи, которую должны выполнять испытуемые, от исследуемой мышцы и, главным образом, от вопроса, на который вы хотите ответить.

Благодарности

Т. Виейра выражает признательность за его докторскую стипендию, предоставленную Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico (CNPq). Авторы благодарят профессора Роберто Мерлетти (LISiN) за его тщательный пересмотр и содержательные комментарии.Авторы также благодарят Габриэлу Патрисию Диас Ордоньес за помощь с переводом аннотации на испанский язык.

Для корреспонденции:
M.A. Cavalcanti Garcia
NEMoH — Departamento de Biociências da Atividade Física.
Escola de Educação Física e Desportos. Федеральный университет Рио-де-Жанейро.
Avenida Carlos Chagas Filho, 540 — 2º андар.