SNÍMANIE A ANALÝZA BIOPOTENCIÁLOV - NÁVODY NA LABORATÓRNE CVIČENIA 6 ELEKTROMYOGRAFIA
6 ELEKTROMYOGRAFIA
6.1 Teoretický úvod
Ľudské telo obsahuje tri druhy svalových tkanív, ktoré plnia špecifickú úlohu: kostrové svaly, hladké
svaly a srdcový sval.
Srdcový sval sa nachádza výlučne v srdci. Pri kontrakcii srdca dochádza k cirkulácii krvi,
ktorá zabezpečuje transport živín pre bunky a odvod odpadových látok.
Hladké svaly tvoria steny vnútorných orgánov, ako sú napr. črevá, cievy a pľúca.
Kontrakcie hladkých svalov umožňujú regulovať prechod potravy zažívacím traktom,
kontrolovať tlak krvi a prietok alebo regulovať tok vzduchu počas dýchania.
Názov kostrových svalov bol odvodený od faktu, že sú zvyčajne pripojené ku kostre.
Kontrakcia kostrových svalov umožňuje pohyb jednotlivých častí tela.
Primárnou funkciou svalov, bez ohľadu na druh, je premena chemickej energie na mechanickú
prácu – kontrakciu svalu.
Ľudské kostrové svaly sa skladajú zo stoviek cylindricky tvarovaných buniek, ktoré sa spájajú do
svalových vlákien. Kostrové svaly sú stimulované ku kontrakcii pomocou somatosenzorických nervov,
ktoré vedú signál v podobe nervových impulzov z mozgu alebo miechy (Obr. 6.1). Axóny (nervové
vlákna) sú dlhé cylindrické predĺženia neurónov. Axóny opúšťajú miechu ako spinálne nervy a mozog
ako kraniálne nervy a sú distribuované k danému kostrovému svalu vo forme periférnych nervov. Každé
nervové vlákno sa rozvetvuje a inervuje niekoľko individuálnych svalových vlákien.
Aj keď jeden motorický neurón môže inervovať niekoľko svalových vlákien, každé svalové vlákno je
inervované iba jedným motorickým neurónom. Kombinácia jedného motorického neurónu a všetkých
svalových vlákien, ktoré riadi sa nazýva motorická jednotka (Obr. 6.1).
Obr. 6.1: Motorická jednotka
SNÍMANIE A ANALÝZA BIOPOTENCIÁLOV - NÁVODY NA LABORATÓRNE CVIČENIA 6 ELEKTROMYOGRAFIA
Keď je aktivovaný motorický neurón, tak všetky svalové vlákna, ktoré inervuje odpovedajú
impulzom neurónu generovaním vlastných elektrických signálov, ktoré vedú ku kontrakcii aktivovaných
svalových vlákien.
Fyziologicky je stupeň kontrakcie kostrového svalu kontrolovaný:
1. Aktiváciou požadovaného počtu motorických jednotiek svalu,
2. Riadením frekvencie impulzov motorických neurónov každej motorickej jednotky.
Keď sa požaduje zvýšenie sily svalovej kontrakcie na vykonanie určitej činnosti, tak mozog zvýši
počet naraz aktívnych motorických jednotiek v danom svale. Tento proces je známy ako „motor unit
recruitment“.
Nečinnosť kostrových svalov in vivo sa preukazuje fenomémon známym ako tonus. Tonus je stav
ľahkej tenzie, ktorá slúži na udržovanie svalu v stave pohotovosti. Tonus vzniká v dôsledku premenlivej
periodickej aktivácie malého počtu motorických jednotiek svalu motorickými centrami v mozgu
a mieche. Plynulo kontrolované pohyby tela (chôdza, plávanie alebo jogging) sú vytvárané stupňovanými
kontrakciami kostrového svalu. Stupňovanie znamená zmenu sily svalovej kontrakcie v závislosti od
zaťaženosti svalu. Kostrové svaly sú preto schopné adekvátne reagovať na rôzne zaťaženie. Napríklad,
úsilie svalov vyvinuté chôdzou po rovine je menšie ako úsilie vynaložené rovnakými svalmi pri stúpaní
po schodoch.
Keď je aktivovaná motorická jednotka, tak zodpovedajúce svalové vlákna generujú a vedú vlastné
elektrické impulzy, ktoré napokon spôsobia kontrakciu vlákien. Elektrický impulz každého svalového
vlákna je veľmi slabý (menej ako 100 µV), ale sumovaná aktivita mnohých vlákien súčasne indukuje
napäťové rozdiely v koži nad nimi, ktoré sú detekovateľné párom povrchových elektród. Detekcia,
zosilnenie a zaznamenanie zmien v napätí kože, ktoré vznikajú kontrakciou kostrových svalov sa nazýva
elektromyografia. Takto získaný záznam sa nazýva elektromyogram (EMG).
6.2 Ciele cvičenia
1. Pozorovanie a snímanie kostrového svalového tonusu v súvislosti s bazálnou úrovňou
elektrickej aktivity pri uvoľnenom stave svalu.
2. Zaznamenanie maximálnej sily stlačenia pre pravú a ľavú ruku
3. Pozorovanie, snímanie a korelovanie aktivácie motorických jednotiek so vzrastajúcou silou
kontrakcie kostrového svalu.
4. Vypočutie EMG „zvukov“ a korelovanie intenzity zvuku s aktiváciou motorických jednotiek
svalu.
SNÍMANIE A ANALÝZA BIOPOTENCIÁLOV - NÁVODY NA LABORATÓRNE CVIČENIA 6 ELEKTROMYOGRAFIA
6.3 Zoznam materiálu
Súprava na pripojenie elektród (SS2L)
Jednorazové elektródy (6 elektródy pre jedno meranie)
Prostriedok na čistenie pokožky
Slúchadlá s konektorom jack 3,5mm*
Pomôcka na precvičenie zápästia (loptička, gumený prstenec, ...)*
softvér BSL 4 (Biopac Student Lab System)
Prístroj BIOPAC MP36
*Uvedený materiál si študenti zabezpečia a prinesú so sebou na cvičenie
6.4 Postup merania a spracovania údajov
6.4.1 Príprava na experiment
1. Zapnite počítač.
a. Uistite sa, že je zariadenie MP36
vypnuté!
2. Zapojte súpravu na pripojenie elektród SS2L
do konektora
kanála 1 a slúchadlá zo zadnej strany MP36
(Obr. 6.2).
3. Zapnite zariadenie MP36.
4. Očistite si pokožku v miestach, kde budete
umiestňovať elektródy.
5. Umiestnite 3 elektródy na každé predlaktie
podľa Obr. 6.3.
6. Pripojte svorky súpravy SS2L k jednotlivým
elektródam na dominantnú ruku. Dodržte
farebné označenie a postupujte
podľa Obr. 6.4. Všeobecne platí, že praváci
majú dominantné pravé predlaktie a ľaváci
ľavé predlaktie.
7. Spustite program BSL 4.
Obr. 6.2: Zariadenie MP36 s pripojenou súpravou SS2L a slúchadlami
SNÍMANIE A ANALÝZA BIOPOTENCIÁLOV - NÁVODY NA LABORATÓRNE CVIČENIA 6 ELEKTROMYOGRAFIA
8. Vyberte lekciu
„L01 – Electromyography (EMG) I” a kliknite
na tlačidlo OK.
9. Vyplňte názov súboru, do ktorého sa budú
ukladať merané dáta a potvrďte tlačidlom
OK.
Obr. 6.3: Umiestnenie elektród
Obr. 6.4: Pripojenie káblov
6.5 Kalibrácia
1. Subjekt zaujme polohu v sede a ruku si položí na stehno (Obr. 6.5).
2. Kliknite na tlačidlo Calibrate.
3. Dve sekundy po začiatku kalibrácie zovrite päsť čo najsilnejšie po dobu 2-3 sekúnd a čakajte
na dokončenie kalibrácie.
4. Skontrolujte zaznamenané dáta. Overte, či namerané dáta korenšpondujú so vzorovými
(Obr. 6.6).
5. Opakujte kalibráciu (Redo Calibration), ak sa nameraný signál nepodobá na vzorové dáta.
Skontrolujte, či majú elektródy dostatočne vodivý kontakt s pokožkou. Ak sú namerané
údaje v poriadku pokračujte kliknutím na tlačidlo Continue.
SNÍMANIE A ANALÝZA BIOPOTENCIÁLOV - NÁVODY NA LABORATÓRNE CVIČENIA 6 ELEKTROMYOGRAFIA
Obr. 6.5: Situácia pre kalibráciu a meranie
Obr. 6.6: Vzorové kalibračné údaje
6.6 Záznam údajov
Meranie bude uskutočnené v dvoch situáciách:
Meranie na dominantnej ruke
Meranie na nedominantnej ruke
Počúvanie EMG signálu
Pri meraní postupujte podľa nasledovných pokynov.
Meranie na dominantnej ruke
1. Elektródy sú pripojené k dominantnej ruke a ruka je relaxovaná.
2. Kliknite na tlačidlo Record.
3. Vykonajte sériu štyroch cyklov sekvencie: zovri – uvoľni – čakaj s postupne narastajúcou
silou zovretia
Držte zovretie po dobu 2 sekúnd, uvoľnite zovretie po dobu 2 sekúnd
Prvé zovretie je najslabšie a posledné štvrté je maximálne.
4. Kliknite na tlačidlo Suspend.
5. Skontrolujte zaznamenané dáta. Overte, či namerané dáta korenšpondujú so vzorovými
(Obr. 6.7). Ak sú podobné kliknite na tlačidlo Continue. Ak sa nezhodujú, opakujte meranie
kliknutím na tlačidlo Redo.
SNÍMANIE A ANALÝZA BIOPOTENCIÁLOV - NÁVODY NA LABORATÓRNE CVIČENIA 6 ELEKTROMYOGRAFIA
Obr. 6.7: Vzorové údaje - dominantná ruka
Meranie na nedominantnej ruke
6. Elektródy pripojte k nedominantnej ruke a ruka je relaxovaná.
7. Kliknite na tlačidlo Record.
8. Vykonajte sériu štyroch cyklov sekvencie: zovri – uvoľni – čakaj s postupne narastajúcou silou
zovretia
Držte zovretie po dobu 2 sekúnd, uvoľnite zovretie po dobu 2 sekúnd.
Prvé zovretie je najslabšie a posledné štvrté je maximálne.
9. Kliknite na tlačidlo Suspend.
10. Skontrolujte zaznamenané dáta. Overte, či namerané dáta korenšpondujú so vzorovými
(Obr. 6.7). Ak sú podobné kliknite na tlačidlo Continue. Ak sa nezhodujú, opakujte meranie
kliknutím na tlačidlo Redo.
Počúvanie EMG
11. Kliknite na tlačidlo Listen pre pokračovanie snímania EMG a zároveň počúvania EMG cez
pripojené slúchadlá.
12. Postupne zvyšujte silu zovretia ruky a všímajte si ako sa zvyšuje hlasitosť zvuku.
13. Ak ste skončili, kliknite na tlačidlo Stop. Ak chcete počúvať EMG znova, kliknite na tlačidlo
Redo.
14. Kliknite na Done pre úplné ukončenie merania.
15. Odstráňte elektródy a upracte pracovisko.
6.7 Analýza nameraných dát
Analýza nameraných dát spočíva vo vyhodnotení priebehu signálu EMG a jeho integrovanej verzie
pre dominantnú a nedominantnú ruku:
CH 1 EMG
CH 40 Integrated EMG
SNÍMANIE A ANALÝZA BIOPOTENCIÁLOV - NÁVODY NA LABORATÓRNE CVIČENIA 6 ELEKTROMYOGRAFIA
Pomocou I-kurzora označte oblasť dát, ktoré zodpovedajú úseku zovretia ruky podľa Obr. 6.8
pre všetky zovretia a namerané hodnoty zapíšte do tabuľky A.
Obr. 6.8: Výber EMG údajov
Pomocou I-kurzora označte oblasť dát medzi jednotlivými zovretiami ruky (Obr. 6.9) a opakujte pre
ostatné zovretia. Namerané hodnoty zapíšte do tabuľky C.
Obr. 6.9: Výber EMG údajov
6.8 Vyhodnotenie
1. Porovnajte merania strednej hodnoty EMG pre maximálne zovretie pravej a ľavej ruky
Sú hodnoty rozdielne? Ktorá ruka vykazuje väčšiu silu zovretia? Vysvetlite prečo.
2. Ktoré faktory súvisiace s pohlavím prispievajú k pozorovaným rozdielom v sile zovretia?
3. Preukázali sa rozdiely v tonuse medzi svalmi na pravom a ľavom predlaktí? Očakávali ste rozdiel?
Je prítomný rozdiel v tonuse medzi rôznymi pohlaviami?
4. Objasnite zdroj EMG signálu, ktorý je detegovaný pomocou EMG elektród.
5. Definujte tonus kostrového svalu.
6. Definujte elektromyografiu.
SNÍMANIE A ANALÝZA BIOPOTENCIÁLOV - NÁVODY NA LABORATÓRNE CVIČENIA 6 ELEKTROMYOGRAFIA
Protokol z laboratórneho cvičenia - Elektromyografia
Meno a priezvisko študenta:
Dátum vypracovania:
Profil subjektu
Meno: ____________________________ Vek: ______ Pohlavie: Muž / Žena
Dominantná ruka: Pravá/Ľavá
Výška: _______
Váha: ________
A. Meranie EMG
Poradové číslo zovretia
Dominantná ruka Nedominatná ruka
1
2
3
4
B. Z nameraných údajov z predchádzajúcej tabuľky vypočítajte percentuálny nárast EMG aktivity
medzi najslabším a najsilnejším zovretím dominantnej ruky.
Výpočet:___________________________ Odpoveď:______%
C. Meranie tonusu
Poradové číslo zovretia
Dominantná ruka Nedominatná ruka
1
2
3
4