肌電圖
| 肌電圖 |
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中文名： 肌電圖 外文名： electromyography 記錄方法： 記錄肌肉動作電位的曲線 應 用： 食品質地檢測、醫學 縮 寫： EMG |
肌電圖（electromyogram，EMG）是指用肌電儀記錄下來的肌肉生物電圖形。對評價人在人機系統中的活動具有重要意義。可以採用專用的肌電圖儀或多導生理儀進行測量。靜態肌肉工作時測得的該圖呈現出單純相、混合相和干擾相三種典型的波形，它們與肌肉負荷強度有十分密切的關係。當肌肉輕度負荷時，圖上出現孤立的、有一定間隔和一定頻率的單個低幅運動單位電位，即單純相；當肌肉中度負荷時，圖上雖然有些區域仍可見到單個運動單位電位，但另一些區域的電位十分密集不能區分，即混合相；當肌肉重度負荷時，圖上出現不同頻率、不同波幅、且參差重疊難以區分的高幅電位，即干擾相。該圖的定量分析比較複雜，必須藉助計算機完成。常用的指標有積分肌電圖、均方振幅、幅譜、功率譜密度函數及由功率譜密度函數派生的平均功率頻率和中心頻率等。 [1]
目錄
描述方法
肌電圖圖譜 肌肉收縮時會產生微弱電流，在皮膚的適當位置附着電極可以測定身體表面肌肉的電流。電流強度隨時間變化的曲線叫肌電圖(electromyogram，EMG)。肌電圖應用電子儀器記錄肌肉在靜止或收縮時的生物電信號，在醫學中常用來檢查神經、肌肉興奮及傳導功能等，以此確定周圍神經、神經元、神經肌肉接頭及肌肉本身的功能狀態。1985年，托恩伯格（Tornberg）首次將肌電圖用於食品科學領域。自此，肌電圖技術開始用於食品質地的測量。該方法是一種相對簡單的測量肌肉活動的方法，因為將電極貼在皮膚上，就可以測定接近皮膚表面的肌肉電位變化，也不干擾正常的咀嚼活動。
原理
肌纖維（細胞）與神經細胞一樣，具有很高的興奮性，屬於可興奮細胞。它們在興奮時最先出現的反應就是動作電位，即發生興奮處的細胞膜兩側出現的可傳導性電位。肌肉的收縮活動就是細胞興奮的動作電位沿着細胞膜傳導向細胞深部（通過興奮一收縮機制）進一步引起的。
肌纖維安靜時只有靜息電位，即在未受刺激時細胞膜內外兩側存在的電位差，也稱為跨膜靜息電位，或膜電位。靜息電位表現為膜內較膜外為負。常規以膜外電位為零，則膜內電位約為-90mV。
肌肉或神經細胞受刺激而產生興奮，在興奮部位的靜息膜電位發生迅速改變，首先是膜電位減小，達某一臨界水平時，突然從負變成正的膜電位，然後以幾乎同樣迅速的變化，又回到負電位而恢復正常負的靜息膜電位水平。這種興奮時膜電位的一次短促、快速而可逆的倒轉變化，便形成動作電位。它總是伴隨着興奮的產生和擴布，是細胞興奮活動的特徵性表現，也是神經衝動的標誌。
一般情況下，肌纖維總是在神經系統控制下產生興奮而發生收縮活動的。這個過程就是支配肌纖維的運動神經元產生興奮，發放神經衝動(動作電位)並沿軸突傳導到末梢，釋放乙酰膽鹼作為遞質，實現運動神經一肌肉接頭處的興奮傳遞而後引起的。總之，肌纖維及其運動神經元在興奮過程中發生的生物電現象正是其功能活動的表現。
肌電圖測量正是基於以上生物電現象，採用細胞外記錄電極將體內肌肉興奮活動的複合動作電位引導到肌電圖儀上，經過適當的濾波和放大，電位變化的振幅、頻率和波形可在記錄儀上顯示，也可在示波器上顯示。
儀器組成
肌電圖儀通常由放大器、示波器、記錄儀、監聽器、刺激器和平均器等組成。平均器是現代肌電圖機不可缺少的部分，其主要功能是從噪聲中提取所需的電信號。另外，肌電圖儀還有多種附件，如各式電極、示波器照相機等，有的還配有專用計算機以及電子記憶系統。利用計算機技術，可作肌電圖的自動分析。
肌電圖測量時可用電極大體有兩類：一是皮膚表面電極，它是置於皮膚表面用以記錄整塊肌肉的電活動，以此來記錄神經傳導速度、脊髓的反射、肌肉的不自主運動等；二是同軸單心或雙心針電極，它是插入肌腹用以檢測運動單位電位。醫學上常用針電極，插入受檢的肌肉會引起疼痛，因此在測量食品質地時不可濫用。在相同的條件下，使用電極面積小者比面積大者記錄的電位更大。因此，在食品質地分析時，使用較多的是皮膚表面電極。它的優點是不引起疼痛，也常在測定神經傳導速度時用於記錄誘發的EMG反應。表面電極通常為兩個小圓盤(直徑約8mm)或長方形(12mm×6mm)的不鏽鋼、錫或銀板構成，安放在被檢測EMG的肌肉覆蓋皮膚表面，電極間距離視肌肉大小及檢測範圍而定。據報道，用表面電極測定咀嚼肌EMG時，若兩極問的距離在3.5～40mm，則EMG平均電壓隨兩極間距離的增大而增高；如兩極間距達50ram，平均電壓不再增高，反而有下降的趨勢。在咀嚼肌EMG測量時一般兩極間距可採用15～20ram。電極應與清潔的皮膚表面良好接觸，在皮膚表面可塗以導電膏或生理鹽水，皮膚電阻應小於10k12。接觸不良或皮膚電阻太大時會發生干擾。表面電極不能用於引導深部肌肉的電活動，即使對表淺的小肌肉也不能用它來引導單個運動單位電位和EMG的高頻成分。
分析方法
肌電圖分析方法通常有兩種，即數量分析和模擬分析。數量分析需測量EMG波形和波幅等，獲得表示肌電活動特徵性質的某些參數，如平均電壓、放電次數、放電期時問、咀嚼周期、靜息期時間等，可在不同食品或不同受試者之間進行EMG參數比較。此種分析方法的優點是較為準確，但測量計算過程較為複雜。模擬分析是直接觀察比較不同受試者或不同食品間的EMG，從中發現某些EMG性質上的改變，可以進行經驗性推斷。此法比較簡單易行，但是需要反覆試驗進行驗證。
應用
在醫學上通過此檢查可以確定周圍神經、神經元、神經肌肉接頭及肌肉本身的功能狀態。
肌電圖檢查 通過測定運動單位電位的時限、波幅，安靜情況下有無自發的電活動，以及肌肉大力收縮的波型及波幅，可區別神經源性損害和肌源性損害，診斷脊髓前角急、慢性損害（如脊髓前灰質炎、運動神經元疾病），神經根及周圍神經病變（例如肌電圖檢查可以協助確定神經損傷的部位、程度、範圍和預後）。另外對神經嵌壓性病變、神經炎、遺傳代謝障礙神經病、各種肌肉病也有診斷價值。此外，肌電圖還用於在各種疾病的治療過程中追蹤疾病的恢復過程及療效。
在食品質地檢測中，用使用常皮膚表面電極，它的優點是不引起疼痛，也常在測定神經傳導速度時用於記錄誘發的EMG反應。主要測的是咬肌和顳肌，控制咀嚼的兩塊主要肌肉，因為它們就在面頰下部，測定很方便，因而相關的研究較多。
Sakamoto等(1989)應用肌電圖研究了43種食品的咀嚼形式，發現閉嘴時，咬肌的咀嚼能變化在3-108之間，張嘴時下齶的二腹肌咀嚼能變化在13～154之間。
1994年，Brown測定了成人吃口香糖時的肌電圖，發現對於個人而言肌電圖的重複性很好，而且具有一定的時間穩定性，但是不同人的肌電圖差異顯着。不過，在研究中，被測試者表示貼在臉上的電極不干擾正常的咀嚼活動。Brown證實，對每個個體和每種食品而言，咀嚼方式是比較穩定的。他們用肌電圖測定了咀嚼速率、咀嚼的持續性、咀嚼功、食團的形成、吞咽過程等。
1998年，KohyaITIa等人用肌電圖研究了米飯的質地，發現直鏈澱粉含量高的米飯需要咬肌的電活性也高。不同品種大米在咬第一口時的差異相當大。之後，K.hyama等人又報道了咀嚼次數、咀嚼時間、咀嚼持續期(由肌電圖測定)與膠黏性的相關性要高於與硬度的相關性。他們還發現咀嚼方式在不同測試者之間的差異大於不同大米品種問的差異。
Kohyama等(2007)利用肌電圖研究了人對塊狀和切細的食物(尺寸不同)的咀嚼行為。用塑料勺以隨機的順序提供給普通受試者一口量的(7克的塊，等重切細樣品，等體積切細樣品)生胡蘿蔔、黃瓜、烤肉或魚丸。受試者可以在試驗前或不同試驗之間用水漱口，不告訴受試者正在品嘗的是何種樣品，當他們每次吞咽樣品後舉手。結果表明，咬肌的活動與咀嚼力密切相關，表面肌電圖顯示較硬的食物，其咀嚼力越大，咬肌活動越大，咀嚼時間越長，咀嚼次數也越多。人在咀嚼柔韌的食物時，嚼得要慢一些。咀嚼速度也可以由EMG的咀嚼肌肉的工作時間和一個咀嚼周期的時間而定。要獲得一定的營養，細切的食品由於體積的增加，而使咀嚼活動並不省力。等量的細切食品表現出增加或者至少相似的咀嚼難易度，但等體積細切的食品表現出咀嚼活動少。不管食品的軟硬和韌性，細切的食物可能在消費起來反而更困難。