Авторы: Скворцов Д.В., Кауркин С.Н., Иванова Г.Е.

 

Введение

Электромиография (ЭМГ) - метод исследования функционального состояния поперечнополосатых мышц посредством регистрации произведенными ими биоэлектрических потенциалов.

Для анализа двигательной функции регистрируется функциональная ЭМГ (регистрация ЭМГ в то время, когда обследуемый выполняет движение).

В настоящее время актуален термин кинезиологическая ЭМГ (КЭМГ) - метод анализа функции мышц, который используется для исследования амплитуды и продолжительности действия мышцы, дает возможность для пациента получить обратную связь о правильности реализации стереотипа движения [24].

Движения рук важны в повседневной деятельности человека, поэтому восстановление двигательных навыков верхней конечности при заболевании или повреждении как мышц, так и нервномышечных образований, представляет собой актуальную задачу реабилитации больных с постинсультными гемипарезами.

 

Функциональное исследование мышц плеча: история изучения

 

 

Плечелопаточный сустав - самый подвижный сустав тела; обладает обширной экскурсией движений - отведением, приведением, сгибанием, разгибанием, вращением (ротация) кнаружи и внутрь [17].

ЭМГ – один из самых эффективных способов изучения сложного взаимодействия мышц плечевого сустава. Функциональное исследование мышц плеча впервые проведено американским учёным В.Т. Инманом в 1944 году [16]. Исследовались различные изолированные движения и биоэлектрическая активность мышц плеча в этих движениях. В более поздних исследованиях изучалась функция мышц плечевого пояса при выполнении движений с различной амплитудой [8, 11, 20, 26]. Последующие исследования включили более сложные движения плечевого сустава в трех плоскостях, такие, как круговые движения плеча [22], наружная-внутренняя ротация при отведении плеча [15].

К мышцам плечевого пояса относятся глубокие: надостная, подостная, малая круглая, большая круглая и подлопаточная мышцы, и поверхностные: группа дельтовидных (передняя, средняя, задняя) мышц. Трапециевидная мышца играет важную роль в движениях лопатки.

Несмотря на большое количество мышц, участвующих в движении плеча, не все из них являются доступными для исследования и функциональной оценки.

 

Дельтовидная и трапециевидная мышцы

Важно оценить функцию и электромиографические показатели дельтовидных мышц, наиболее доступных для исследования. Дельтовидная мышца состоит из трех частей - передней, начинающейся от ключицы, средней - от акромиона и задней - от ости лопатки. Дельтовидная мышца принимает участие в движениях, осуществляемых в плечевом суставе во всех трех плоскостях различным типом сокращения, играя различную роль в кинематической системе - либо стабилизатора, либо агониста, либо антагониста [5].

Для повседневной активности наиболее значимы передняя и средняя дельтовидные мышцы. Передняя дельтовидная мышца производит комплексное движение: сгибание, приведение и внутреннюю ротацию плеча. Средняя дельтовидная мышца играет большую роль в движении отведения плеча, её вклад составляет 35-65% от действия остальных мышц плечевого сустава [25].

Передние и средние дельтовидные мышцы активны при сгибании-разгибании и отведении-приведении плечевого сустава. В то время как один пучок мышцы отвечает за целенаправленное движение, другой играет роль стабилизатора [11].

Трапециевидная мышца состоит из трёх частей: верхние, средние и нижние мышечные пучки. Средняя и нижняя части мышцы отвечают за приведение лопатки к позвоночнику, опусканию лопатки и её стабилизации. Верхняя часть вращает, приводит к позвоночнику и приподнимает лопатку.

Результаты электромиографических исследований показали, что наибольшую активность верхние пучки трапециевидной мышцы осуществляют во время поднятия лопатки [12], отведении плеча до 80 градусов [12] и сгибании плеча до 90 градусов [19].

Нами была предложена методика исследования движений сгибания-разгибания, отведения-приведения и ротации в плечевом суставе, ориентированная на пациентов с острым нарушением мозгового кровообращения [7]. Но до сих пор не существует стандартных тестов для проведения комплексного электромиографического исследования мышц плеча [13, 18].

 

Материалы и методы

25 здоровых испытуемых - 11 женщин, 14 мужчин; средний возраст - 52 года (соответствует среднему возрасту пациентов перенесших ОНМК). В анамнезе на момент исследования - нет травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата, жалоб и противопоказаний.

Обследуемым в процессе исследования предлагалось выполнять движения сгибания / разгибания, отведения / приведения, до 90 градусов, и наружную / внутреннюю ротацию обеими верхними конечностями в плечевых суставах в сагитальной, фронтальной и вертикальной плоскостях соответственно.

Движения выполнялись по следующей схеме:

1. одновременно двумя руками;

2. каждой рукой по отдельности в положении сидя (голова установлена по средней линии, с открытыми глазами).

Каждое упражнение выполнялось 2 раза. Движение проводилось свободно, без дополнительных указаний в соответствии с первичной инструкцией.

Для регистрации поверхностной ЭМГ использован датчик «Trust-М» («Неврокор», г. Москва), одноразовые электроды Swaromed. Размещение электродов проводилось в соответствии со стандартами ISEK, GCMAS, ESMAC, SENIAM (для пространственной регистрации движений) и занимало в среднем 10-15 минут. Межэлектродное расстояние между активным и пассивным электродами во всех случаях составило 25 мм [21]. На месте прикрепления электродов кожа была обезжирена. Электрод фиксировался к коже в месте двигательной зоны мышцы (Рис. 1).

 

Рис. 1. Обследуемый с фиксированными сенсорами и электродами

 

Ход исследования

Пациент без верхней одежды, сидя на табурете, голова, спина, руки опущены вдоль тела свободно, ноги находятся на ширине плеч, согнуты в коленных суставах под углом в 90 градусов, стопа.

Выполняется три последовательных блока движений в трёх плоскостях по два повторения тех же движений - сначала двумя руками одновременно, затем каждой в отдельности. Во время всех движений обследуемый не отрывает стопы от пола. Обследуемому перед каждым выполняемым движением назывался порядок его выполнения. Затем обследуемый приступал к выполнению заданного движения самостоятельно. (Рис. 2).

 

   

Рис. 2. Обследуемый во время регистрации

 

По каждой огибающей ЭМГ строился профиль биоэлектрической активности в процессе выполняемого движения, который показан на рисунке 3.

 

Рис.3. Профиль биоэлектрической активности мышцы в процессе выполнения движения. По вертикали - активность в микровольтах (мкВ), по горизонтали - время цикла движения (T%) в процентах.

 

На графике отмечались начальная («А1») и максимальная («А2») произвольная активность в микровольтах (мкВ) и время её достижения «Т%» в % от цикла движения. Вертикальным пунктиром обозначена амплитуда максимальной активности в микровольтах (мкВ) «А2».

Статистическая обработка выполнялась в Microsoft Excel методами стандартной вариационной статистики с расчётом среднего значения «М» и среднеквадратического отклонения «δ».

Таким же образом рассчитывалась разница между максимальной амплитудой и начальной - А2-А1 в микровольтах (мкВ). Данная разница бралась для возможности оценки возбуждения мышц в процессе движения.

 

 

Регистрация электрической активности мышц во время исследования и последующая первичная обработка данных выполнялась в программном пакете «TrustMotion».

 

Результаты. Сгибание 2-х рук одновременно 

Движение сгибания выполнялось на угол 90 градусов (по ощущениям обследуемого). Одновременно двумя руками и каждой рукой по отдельности сидя.

 

   

Рис. 4. Обследуемый во время регистрации

 

Данные биоэлектрической активности при выполнении движения сгибание-разгибание до 90 градусов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сгибание 2-х рук одновременно.

 

Начальная произвольная активность трапециевидных мышц больше чем у дельтовидных примерно в 3 раза. 

Максимум амплитуды электрической активности дельтовидных мышц тяготеет к середине (Т-50%) выполняемого цикла. Максимум амплитуды электрической активности трапециевидной мышцы справа при ходится на 46 %, слева на 40% выполняемого цикла 

Максимальная активность передней порции дельтовидных мышц в 3 раза выше, чем у средней порции дельт видных мышц и в 4,5 раз выше, чем у трапециевидных мышц. 

Разница электрической активности передних дельтовидных мышц примерно 240 мкВ, что в 3 раза выше, чем у средних дельтовидных мышц и в 6, 5 раз выше, чем у трапециевидных мышц. По результатам анализа рассматриваемого движения отмечается, что максимальная активность выражена в передней порции дельтовидных мышц.

 

Сгибание правой руки 

Данные биоэлектрической активности при выполнении движения сгибание-разгибание до 90 градусов одной рукой приведены в таблице 2.

Таблица 2. Сгибание правой руки

 

Начальная произвольная активность трапециевидных мышц больше в 4 раза, чем у передних дельтовидных и в 3 раза больше, чем у средних дельтовидных.

Максимум амплитуды электрической активности трапециевидной и дельтовидных мышц справа тяготеет к середине (Т-50%) выполняемого цикла. Максимум амплитуды электрической активности передней дельтовидной мышцы слева тяготеет к середине цикла, а средней дельтовидной и трапециевидной приходится на отметку выше середины цикла (̴ 58 %).

Справа, максимальная активность передней порции дельтовидной мышцы в 3 раза выше, чем у средней порции дельтовидной мышцы и в 4,5 раз выше, чем у трапециевидной мышцы. Слева, максимальная активность трапециевидной мышцы в 3 раза выше, чем у дельтовидных мышц.

Справа, разница электрической активности передней дельтовидной мышцы примерно 255 мкВ, что в 3 раза выше, чем у средней дельтовидной мышцы и в 6, 5 раз выше, чем у трапециевидной мышцы. Слева, разница электрической активности трапециевидной мышцы примерно 6 мкВ, что в 2-2,5 раза выше, чем у дельтовидных мышц.

Результаты анализа: максимальная активность выражена в передней порции дельтовидной мышцы справа. Несмотря на движение правой рукой, на левой руке, по сравнению с исходным состоянием, также увеличивается биоэлектрическая активность с мышц.

 

Сгибание левой руки

Данные биоэлектрической активности при выполнении движения сгибание-разгибание до 90 градусов одной рукой приведены в таблице 3.

Таблица 3. Сгибание левой руки

 

Начальная произвольная активность трапециевидных мышц больше в 3 раза, чем у передних и средних дельтовидных.

Максимум амплитуды электрической активности дельтовидных мышц слева тяготеет к середине (Т-50%) выполняемого цикла. Максимум амплитуды электрической активности левой трапециевидной мышцы приходится на 35% выполняемого цикла. 

Максимум амплитуды электрической активности передней дельтовидной мышцы справа тяготеет к середине цикла, а средней дельтовидной и трапециевидной приходится на отметку выше середины цикла.

Слева, максимальная активность передней порции дельтовидной мышцы примерно 240 мкВ, что в 3 раза выше, чем у средней порции дельтовидной мышцы и в 4,5 раз выше, чем у трапециевидной мышцы. Справа, максимальная активность трапециевидной мышцы в 3 раза выше, чем у дельтовидных мышц.

Слева, разница электрической активности передней дельтовидной мышцы примерно 235 мкВ, что в 3 раза выше, чем у средней дельтовидной мышцы и в 6 раз выше, чем у трапециевидной мышцы. Справа, разница электрической активности трапециевидной мышцы примерно 8 мкВ, что в 2-2,5 раза выше, чем у дельтовидных мышц.

Результат анлиза: максимальная активность выражена в передней порции дельтовидной мышцы слева. Несмотря на движение левой рукой, на правой руке, по сравнению с исходным состоянием, также увеличивается биоэлектрическая активность с мышц.

 

Отведение 2-х рук одновременно 

Движение отведения выполнялось на угол 90 градусов (по ощущениям обследуемого). Одновременно двумя руками и каждой рукой по отдельности в положении сидя.

 

Рис. 5. Движение отведения двух рук слева.

 

Движение отведения одной руки справа

Данные биоэлектрической активности при выполнении движения отведение-приведение до 90 градусов приведены в таблице 4.

Таблица 4. Отведение 2-х рук одновременно. 

 

Начальная произвольная активность трапециевидных мышц больше чем у дельтовидных примерно в 2 раза.

Максимум амплитуды электрической активности дельтовидных и трапециевидных мышц тяготеет к середине (Т-50%) выполняемого цикла.

Максимальная активность со средней порции дельтовидных мышц в 2,5 раза выше, чем у передней порции дельтовидных и трапециевидных мышц.

Разница электрической активности средних дельтовидных мышц примерно 233 мкВ, что в 3 раза выше, чем у передних дельтовидных мышц и у трапециевидных мышц. 

Результаты анализа: максимальная активность выражена в средней порции дельтовидных мышц.

 

Отведение правой руки 

Данные биоэлектрической активности при выполнении движения отведение-приведение до 90 градусов одной рукой приведены в таблице 5.

Таблица 5. Отведение правой руки

 

Начальная произвольная активность правой трапециевидной мышцы больше в 3 раза, чем) у передней дельтовидной и в 4 раза больше, чем у средней дельтовидной. Начальная произвольная активность левой трапециевидной мышцы больше в 2,5 раза, чем у дельтовидных мышц.

Максимум амплитуды электрической активности средней дельтовидной и трапециевидной мышц справа тяготеет к середине (Т-50%) выполняемого цикла. Максимум амплитуды электрической активности передней дельтовидной мышцы приходится на 40% выполняемого цикла.

Справа, максимальная активность средней порции дельтовидной мышцы в 2,5 раза выше, чем у передней порции дельтовидной и трапециевидной мышц. Слева, максимальная активность трапециевидной мышцы в 4 раза выше, чем у передней дельтовидной, и в 2 раза выше, чем у средней дельтовидной мышц.

Справа, разница электрической активности передней дельтовидной мышцы примерно 250 мкВ, что в 3 раза выше, чем у передней порции дельтовидной и трапециевидной мышц. Слева, разница электрической активности трапециевидной мышцы примерно 6 мкВ, что в 2-2,5 раза выше, чем у дельтовидных мышц.

Результаты анализа: максимальная активность выражена в средней порции дельтовидной мышцы справа. Несмотря на движение правой рукой, на левой руке, по сравнению с исходным состоянием, также увеличивается биоэлектрическая активность с мышц.

 

Отведение левой руки 

Данные биоэлектрической активности при выполнении движения отведение-приведение до 90 градусов одной рукой приведены в таблице 6.

Таблица 6. Отведение левой руки.

 

Начальная произвольная активность левой трапециевидной мышцы больше в 2 раза, чем у передней и средней дельтовидной. Начальная произвольная активность правой трапециевидной мышцы больше в 3 раза, чем у передней и средней дельтовидной.

Максимум амплитуды электрической активности средней дельтовидной мышцы слева тяготеет к середине (Т-50%) выполняемого цикла. Максимум амплитуды электрической активности передней дельтовидной и трапециевидной мышцы слева приходится на 45% выполняемого цикла. Максимум амплитуды электрической активности средней дельтовидной мышцы справа тяготеет к середине цикла, а передней дельтовидной и трапециевидной приходится на отметку 35% цикла.

Слева, максимальная активность передней порции дельтовидной мышцы примерно 240 мкВ, что в 2,5 раза выше, чем у трапециевидной и средней порции дельтовидной мышцы и мышцы. Справа, максимальная активность трапециевидной мышцы в 3,5 раза выше, чем у средней дельтовидной, и в 5,5 раз выше, чем у передней дельтовидной мышцы.

Слева, разница электрической активности средней дельтовидной мышцы примерно 235 мкВ, что в 2,5 раза выше, чем у трапециевидной и передней дельтовидной мышц. Справа, разница электрической активности трапециевидной мышцы примерно 24 мкВ, что в 9,5 раза выше, чем у передней дельтовидной мышцы, и в 3 раза выше, чем у средней дельтовидной мышцы.

Результат анализа: максимальная активность выражена в средней порции дельтовидной мышцы слева. Несмотря на движение левой рукой, на правой руке, по сравнению с исходным состоянием, также увеличивается биоэлектрическая активность с мышц.

 

Ротация 2-ух рук одновременно.

Движение ротации выполнялось из вертикального положения плеча.

 

   

Рис. 6. Движение ротации (обе руки) слева. Движение ротации одной рукой справа.

 

Данные биоэлектрической активности при выполнении движений наружной ротации приведены в таблице 7.

Таблица 7. Ротация 2-х рук одновременно

 

Начальная произвольная активность трапециевидных мышц больше чем у дельтовидных примерно в 2 раза.

Максимум амплитуды электрической активности передних дельтовидных и трапециевидных мышц приходится на 60% выполняемого цикла, а средних дельтовидных на 38% выполняемого цикла.

Максимальная активность трапециевидных мышц примерно 22 мкВ, передних дельтовидных 17 мкВ, средних дельтовидных 13 мкВ.

Разница электрической активности с трапециевидных мышц примерно 12 мкВ, у передних дельтовидных мышц 8 мкВ, у средних дельтовидных мышц 10-11 мкВ.

 

Ротация правой руки 

Данные биоэлектрической активности при выполнении движений наружной ротации одной рукой приведены в таблице 8.

Таблица 8. Ротация правой руки.

 

Начальная произвольная активность трапециевидных мышц больше чем у дельтовидных примерно в 2 раза.

Справа, максимальная активность трапециевидной мышцы примерно 25 мкВ, что в 1,5 раза выше, чем у дельтовидных мышц. Слева, максимальная активность трапециевидной мышцы примерно 16 мкВ, что в 2 раза выше, чем у дельтовидных мышц.

Разница электрической активности с трапециевидных мышц справа примерно 17 мкВ, что в 1,5 раза выше, чем у дельтовидных мышц.

 

Ротация левой руки 

Данные биоэлектрической активности при выполнении движений наружной ротации одной рукой приведены в таблице 9.

Таблица 9. Ротация левой руки.

 

Начальная произвольная активность трапециевидных мышц слева больше чем у дельтовидных примерно в 2 раза, а справа в 1,5 раза.

Слева, максимальная активность трапециевидной мышцы примерно 24 мкВ, что в 1,5 раза выше, чем у дельтовидных мышц.

Разница электрической активности с трапециевидных мышц слева примерно 12 мкВ, что в 1,5 раза выше, чем у дельтовидных мышц.

 

Выводы 

1. Полученные нормативные параметры могут служить ориентиром при оценке показателей при использовании данной методики.

2. Получены количественные показатели, характеризующие синергию при выполнении движений одной рукой, выражающуюся в активизации аналогичных мышц интактной стороны.

3. Мышцы основные, выполняющие движение характеризуются максимумом активности в пределах 50% цикла, а мышцы участвующие в данном движении могут иметь максимум активности, отличающийся от данного значения.

4. При выполнении движения отведения верхней конечности на 90 градусов роль трапецевидной мышцы количественно и качественно аналогична таковой передней дельтовидной мышцы.

 

Литература: 

1. Булатова M.A. Особенности двигательной функции при парезе вследствие церебрального инсульта по результатам трехмерной видеокинематографии и функциональной электромиографии: Дис. канд. мед. наук. Москва, 2013, с. 148.

2. Витензон А.С. Закономерности нормальной и патологической ходьбы человека. М.: ЦНИИПП, 1998. - 271 с.

3. Витензон А.С., Петрушанская К.А. От естественного к искусственному управлению локомоцией. - М:НМФ «МБН», 2003. - с. 438.

4. Количественные и пространственно-топографические характеристики двигательных синергий верхней конечности человека в норме. «Мануальная терапия», 2004. - N 1. - С. 50-57.

5. Козлов В.И. Анатомия человека: учеб, для студ. инст. физ. культ. М., «Физкультура и спорт», 1978.

6. Скворцов Д.В. Диагностика двигательной патологии инструментальными методами. 2007 г. 74 стр.

7. Скворцов Д.В., Кауркин С.Н., Иванова Г.Е.// Вестник восстановительной медицины, 2014.-N 3. - С. 8-13. Библ. 17 назв.

8. Alpert SW, Pink ММ, Jobe FW, et al. 2000. Electromyographic analysis of deltoid and rotator cuff function under varying loads and speeds. J Shoulder Elbow Surg9: 47-58.

9. Basmajian JV. Electromyography - Dynamic Gross Anatomy: a Review. Am J Anat 1980; 159 (3): 245-260.

10. Craig E. Boettcher, Karen A. Ginn, Standard maximum isometric voluntary contraction tests for normalizing shoulder muscle EM; Journal of Orthopaedic Research, Volume 26, Issue 12, pages 1591-1597, December 2008.

11. David G, Magarey ME, Jones MA, Dvir Z, Tiirker KS, Sharpe M. EMG and Strength correlates of selected Shoulder Muscles during Rotations of the Glenohumeral Joint. Clin Biomech 2000; 15 (2): 95-102.

12. Ekstrom RA1, Donatelli RA, Soderberg GL. J Orthop Sports Phys Ther. 2003 May; 33(5): 247-58. Surface electromyographic analysis of exercises for the trapezius and serratus anterior muscles.

13. Ekstrom RA, Soderberg GL, Donatelli RA. 2005. Normalization procedures using maximum voluntary isometric contractions for the serratus anterior and trapezius muscles during surface EMG analysis. J Electromyogr Kinesiol 15: 418-428.

14. Functional classification of selected shoulder muscles by electromyography; Revista Brasileira de Biomecanica 01/2007; 8 (15): 61-66.

15. Huxel КС, Swanik CB, Swanik KA, et al. 2008. Stiffness regulation and muscle-recruitment strategies of the shoulder in response to external rotation perturbations. J Bone Joint Surg Am90: 154-162.

16. Inman VT, Saunders JB, Abbott LC. 1944. Observation on the function of the shoulder joint. J Bone Joint Surg 26: 1-30.

17. Kapandzhi A.I. The Physiology of the Joints, Volume 1: Upper Limb, 2009 11.6e.

18. Kelly ВТ, Kadrmas WR, Kirkendall DT, et al. 1996. Optimal normalization tests for shoulder muscle activation: an electromyographic study. J Orthop Res 14: 647-653.

19. Kleine BU1, Schumann NP, Bradl I, Grieshaber R, Scholle HC. Surface EMG of shoulder and back muscles and posture analysis in secretaries typing at visual display units. Int Arch Occup Environ Health. 1999 Sep; 72 (6): 387-94.

20. Kronberg M , Nemeth G , Brostrom LA . 1990 . Muscle activity and coordination in the normal shoulder. An electromyographic study . Clin Orthop Relat Res 257: 76-85.

21. Luca de C. J.The use of surface Electromyography in biomechanics//Journal Applied Biomechanics, 1997, № 13, p. 135-163.

22. Pearl ML, Perry J, Torburn L, et al. 1992. An electromyographic analysis of the shoulder during cones and planes of arm motion. Clin Orthop Relat Res284: 116-127.

23. Scovazzo M.L., Browne A., Pink M. Et al. The painful shoulder during freestyle swimming//Am.J. Sports Med. - 1991. - Vol.19, N 6. - P 577 - 582.

24. Soderberg G.L., Knutson L.M., A guide for use and interpretation of kinesiologic// Electromyogr.Data phys.Ther. - 2000. - Vol.80, N5. - P 485-498.

25. Sports Medicine. August 2009, Volume 39, Issue 8, pp 663-685. Shoulder Muscle Activity and Function in Common Shoulder Rehabilitation Exercises . Rafael F. Escamilla , Kyle Yamashiro, Lonnie Paulos, James R. Andrews.

26. Wickham J, Pizzari T, Stansfeld K, et al. 2009. Quantifying ‘normal’ shoulder muscle activity during abduction. J Electromyogr Kinesiol20: 212-222.

27. Winter D. A., Rau G., Kadefor R. Units, terms and standards in the reporting of electromyographical research. First Interim report of ISEK Committee on EMG Terminology, 1992.

 

Источник: «Вестник восстановительной медицины», № 4, 2015.