METODIKA SNÍMÁNÍ POVRCHOVÉHO EMG VE VODNÍM PROSTŘEDÍ

Overview

Snímání elektrické aktivity svalu pomocí povrchového EMG (SEMG) je v současnosti již rutinní neurofyziologickou metodou. V této práci se však zabýváme problematikou tzv. Water Surface Electromyography (WaS-EMG), která představuje modifikaci metodiky povrchové elektromyografie ve vodním prostředí. Seznamuje s našimi prvními zkušenostmi, které se týkají aplikace elektrod, zabezpečení vodotěsnosti EMG vysílače a dalšími problémy, se kterými jsme se v průběhu experimentu setkali.

Klíčová slova:
vodní povrchové EMG, povrchová elektromyografie, SEMG, voda

ÚVOD

Sledování elektrických vlastností živých tkání má velmi dlouhou historii, jejíž kořeny zasahují až do poloviny 17. století. V průběhu dalších staletí se znalosti o elektrickém chování svalů a nervové soustavy, v závislosti na technických objevech, trvale rozšiřovaly. První elektromyograf sestrojil Herbert Jasper v roce 1944, a tím začala novodobá historie neurofyziologických výzkumů, která však teprve rozvojem počítačové techniky v posledních desetiletích získala exponenciální charakter. Existuje celá řada neurofyziologických metod, které však mají společného jmenovatele - zachycení slabých elektrických potenciálových změn biologické tkáně, které jsou následně za použití definovaných postupů převedeny do diskontinuálního digitálního záznamu určeného k počítačovému zpracování. Přestože nám současná moderní technologie umožňuje ohromné množství počítačového postzpracování získaného syrového záznamu (1, 11, 12), zůstává klíčová fáze vlastního snímání elektrické aktivity v rukách experimentátora. Z těchto důvodů je metodologii a problematice správného umístění a připevnění elektrod věnována značná pozornost ve všech neurofyziologických metodách.

Problematice měření povrchového EMG ve vodním prostřední se v literatuře věnovala již celá řada autorů (8, 9, 10, 13, 14, 16).  Snímání EMG signálu ve vodním prostřední se v obecném přístupu neliší od běžné metodiky povrchového EMG, vyskytují se zde však určitá specifika, především s důrazem na správnou aplikaci elektrod na kůži. V průběhu našich prvních měření jsme se setkali s řadou problémů, na které bychom zde chtěli poukázat.  S ohledem na zjednodušení identifikace jednotlivých elektromyografických metod jsme zavedli pro SEMG ve vodním prostřední zkratku WaS-EMG, která vychází z anglického přepisu Water Surface Electromyography. 

TECHNICKÉ PŘEDPOKLADY REGISTRACE

Elektrody dělíme podle své funkce na stimulační a registrační a podle charakteru použití na povrchové a jehlové (7). V klinické praxi se nejčastěji používají elektrody povrchové diskové nebo jehlové. Diskové elektrody jsou většinou vyráběny jako stříbrné s povrchovou úpravou tvořenou vrstvou chloridu stříbrného. Tyto elektrody jsou označovány Ag/AgCl. Standardní velikostí je průměr 5-7 mm, elektroda má ve středu vyboulení a malý otvor pro lepší práci s kontaktním médiem (6). Připevňují se na dobře očištěnou a odmaštěnou kůži vodivou pastou, která musí mít přiměřenou konzistenci (15). Nejlepší výsledky přinášejí čistící pasty, které kromě odmašťovadla obsahují navíc jemnou abrazivní složku, použitím této pasty se odstraní vrstva odumřelých buněk na povrchu epidermis. Stejnou péči je potřeba věnovat i nalepení elektrod. Základní podmínkou kvalitní registrace je správné upevnění elektrody (6). Špatný kontakt je příčinou toho, že (v poměru ke vstupní impedanci zesilovačů) je impedance mezi kůží a elektrodou vysoká, nastává zeslabení a rušení elektrického signálu. Kontaktní impedance nesmí přesáhnout 5 kOhmů (15). Na druhé straně, poklesne-li kontaktní impedance pod 500 Ohmů, znamená to obyčejně vznik tzv. solných můstků (salt bridge), které jsou příčinou elektrického zkratu mezi elektrodami (5). Všechny elektrody je nutno udržovat v čistotě a suchu, aby se zabránilo korozi a uchovala dostatečná vodivost (7).

V povrchové elektromyografii se rutinně používá bipolární registrace elektrické aktivity svalu. Bipolární konfigurace umožňuje eliminovat potencionální šum z okolních elektrických zdrojů. Signál je detekován ze dvou míst nad svalem a třetí elektroda je umístěna na elektricky neutrálním místě (3). Referenční elektroda musí být umístěna na místo, kde bioelektrická odezva je co nejmenší (15). Signál, který je vzdálený a stejný pro obě elektrody, je odstraněn a lokální signál, který je rozdílný, je zesílen (3).

Pro snímání EMG je důležité umístnění elektrod, které DeLuca lokalizuje mezi motorický bod a úpon šlachy nebo mezi dva motorické body na střed bříška. Současně musí být podélná osa mezi oběma elektrodami paralelní s průběhem svalových vláken. Vzdálenost mezi detekčními elektrodami nemusí být velká, protože svalová vlákna jednotlivých motorických jednotek, které reprezentují generující sílu svalu, jsou náhodně rozptýlena v celém svalu. Nesmí být ani příliš malá, protože se zvyšuje možnost vzniku solných můstků. DeLuca doporučuje intelektrodovou vzdálenost 1 cm (2).

METODOLOGIE WaS-EMG

Měření jsme prováděli pomocí telemetrického EMG přístroje TelemyoMini 16 od firmy Noraxon, který v základní výbavě obsahuje vlastní EMG přístroj, vysílač se zesilovačem spojený s bipolárními elektrodami a 2 samostatné antény určené k přijímání signálu z vysílače. Pro příjem signálu z EMG vysílače je nutná činnost alespoň jedné z nich. Vyhodnocení a zpracování získaných dat jsme prováděli pomocí softwaru MyoResearch XP Master Edition za současného snímání pohybu probanda videokamerou. Součástí vybavení pro snímání EMG signálu ve vodním prostřední jsou však nutné další následující položky (obr. 1):

1. Voděvzdorný vak na EMG zesilovač s vysílačem.
2. Speciální bipolární elektrody se sadou oboustranně lepících štítků nutných k pevnému přilepení elektrod na kůži.
3. Krycí, voděvzdorné přelepky na elektrody, které brání odmočení a následnému uvolnění elektrod ve vodě.
4. Abrazivní a konduktivní pasta Everi (SPES Medica).
5. Lihobenzin.
6. EMG vodivý gel (Electrode cream, GE Medical system).
7. Silikon Universal – Multi-usage.

Přípravná fáze měření

Značnou pozornost musíme věnovat uložení EMG vysílače do voděvzdorného vaku (obr. 1). Pokud nezajistíme správné utěsnění vaku, bude škoda dosahovat velkých finančních částek. Uzavření hlavního otvoru vaku nečiní problémy, komplikovanější je však utěsnění otvorů pro kabely bipolárních elektrod. Vzhledem k tomu, že se jedná o poměrně složitou a precizní práci, doporučujeme rovnou připravit všechny kabely, které máme k dispozici. Pokud nevyužijeme při měření všechny svody, můžeme zbývající kabely zajistit voděvzdornou lepenkou přímo na vak. Kabely vkládáme do drážek předpřipravených v těsnící gumě, která je rozdělena na 2 poloviny a zajištěna šroubem. Přesto je ještě nezbytné vodotěsnost pojistit zalitím kabelů v drážkách běžným Silikonem Universal. Tato metoda umožní pozdější uvolnění kabelů a bezproblémové očištění drážek v těsnící gumě. Před uzavřením hlavního otvoru vaku je vhodné položit vysílač, např. polystyrenovou desku, která bude vysílač nadnášet. Tímto způsobem se vyvarujeme ztráty EMG signálu v okamžiku aktivního pohybu probanda ve vodě, která může vést k ponoření EMG vysílače pod vodní hladinu.

Aplikace elektrod na kůži

Pro snímání EMG signálu ve vodním prostředí používáme speciální povrchové bipolární elektrody. Jedná se o diskové Ag/AgCl elektrody o průměru 5 mm, které jsou zality do umělé hmoty tak, že zůstává volná pouze centrální část, která se přikládá na kůži (obr. 1, obr. 2). 

I zde platí základní pravidlo, že se elektrody připevňují na dobře očištěnou a odmaštěnou kůži. V našem případě jsme použili abrazivní pastu a lihobenzin. Na umělohmotný disk elektrody, který je přiložen k pokožce, přilepíme oboustrannou lepící pásku, která kopíruje kruhový tvar elektrody a je dodávána spolu s elektrodami. Teprve následně aplikujeme vodivou pastu na elektrodu. Tato fáze je z našich zkušeností velmi důležitá, protože větší množství pasty výrazně zvyšuje riziko odlepení elektrody v průběhu experimentu. Malé množství zase nezajistí správnou přilnavost elektrody ke kůži, zvýší se impedance mezi kůží a elektrodou a nastane zeslabení a rušení elektrického signálu. Každá následná oprava připevnění elektrod na kůži je v důsledku vlhkého prostředí již značně komplikovaná. Po přilnutí elektrody na kůži ji překryjeme speciální krycí přelepkou kruhového tvaru s centrálním otvorem, který přesně umístíme nad elektrodu (obr. 2). Přelepujeme i kabel elektrody, provlékání kabelu centrálním otvorem se neosvědčilo, ve vodě došlo vždy k odlepení vlastní elektrody. Dodržení doporučované interelektrodové vzdálenosti 1 cm (2) je za použití této metodiky nemožné, jakékoliv zmenšení průměru krycí přelepky vede k odlepení elektrody. Z našich zkušeností však vyplývá, že překrytí jednotlivých přelepek o cca 1/3 jejich průměru je stabilní a elektrody ve vodě neodpadávají.

Připevnění vodotěsného vaku na tělo a vstup do bazénu

Po aplikaci všech elektrod na kůži můžeme již přistoupit k připevnění vodotěsného vaku na tělo. Nejvýhodnějším řešením se nám jevilo přetáhnout modrou šňůrku (obr. 3) vaku přes hlavu a dostatečně ji uvolnit tak, aby při pohybu ve vodě sklouzla do oblasti CTh přechodu a nezpůsobovala nepříjemný pocit tahu v oblasti hrdla. Pásek vaku zapneme v oblasti trupu tak, aby mohl vak být při pohybu nad vodní hladinou.

Volné kabely z bipolárních elektrod umístěných na kůži je vhodné, zvláště pokud jsou dlouhé, zafixovat na těle probanda. Mohou jednak překážet v prováděném pohybu, zvláště pak při plavání, jednak mohou vést k vytržení elektrody z předzesilovače umístěném za vlastní elektrodou. V prvních experimentech jsme však naráželi na problém lepících pásek, které se trvale odlepovaly. K přelepení volných kabelů je možno použít voděodolné pásky, které se používají při různých vodních sportech, existuje však možné riziko alergických kontaktních reakcí. Určitou variantou se jeví rozstříhání krycích přelepek na elektrody, které se vodě neodlepují a nealergizují.

Vzhledem k tomu, že pracujeme ve vlhkém prostředí, musíme zajistit vlastní EMG přístroj s notebookem před poškozením. Vybíráme místo, které je relativně chráněno před přímým potřísněním vodou. Z tohoto důvodu probíhá většinou nalepování elektrod a celková příprava probanda dále od optimálního přístupu do bazénu. Na obrázku 4 vidíme jak proband s problémy, pouze za pomoci asistenta, který přidržuje vak a volné kabely, přelézá boční okraj bazénu. Tento způsob vstupu do bazénu považujeme za naprosto nevhodný, protože jeho výsledkem může být pouze utržení či odlepení elektrody. Ztrátu EMG signálu z 5. bipolárního svodu pak můžete vidět i v našem případě. Z tohoto důvodu se doporučuje, aby proband vstupoval do bazénu na volně přístupném místě, v našem případě schůdků, a to na straně bazénu, kde se může pohodlně postavit na dno (obr. 5). Tímto způsobem si může proband snadno přivyknout na volné kabely a voděvzdorný vak, který zůstane na hladině za probandem.

DISKUSE A ZÁVĚR

Měření povrchového  EMG ve vodním prostředí (WaS-EMG) představuje velmi zajímavou oblast výzkumných záměrů. Vzhledem k tomu, že dochází ke změně gravitačního působení na naše tělo, mění se chování jednak jednotlivého svalu, jednak celých pohybových vzorců. Vlastní vyhodnocení WaS-EMG se naprosto neliší od běžného zpracování EMG signálu, větší obezřetnost musí být při vyhodnocování artefaktů, které jsou zde častější. Na obrázku 6 vidíme záznam WaS-EMG z průběhu celého experimentu, nestacionarita grafu je dána skutečností, že jsme natáčeli probanda od vstupu do bazénu, přes sledování pohybových vzorů při plavání až po definitivní ukončení měření. Další zpracování získaného záznamu z WaS-EMG již není tématem tohoto příspěvku.

Věříme, že se v blízké budoucnosti otevře široké diskusní fórum na téma Water Surface Electromyography, které umožní získat další zkušenosti a poznatky v této problematice. Představená metodika shrnuje naše první zkušenosti v této oblasti a dá se snadno předpokládat, že se bude dále rozvíjet a zdokonalovat.

Příspěvek vznikl s podporou VZ MŠMT ČR MSM 0021620864. 

MUDr. David Pánek, Ph.D.

Katedra fyzioterapie FTVS UK

J. Martího 31

160 00  Praha 6

e-mail: panek@ftvs.cuni.cz