1 EMG

die Skelettmuskelzelle, auch Muskelfaserzelle oder Muskelfaser genannt.

Sarkomere, die die kontraktilen Einheiten der Muskelfaser ausbilden.

• Muskelfasern haben einen Durchmesser von ca. 0.01 bis 0.1 mm und können eine Länge von bis zu 20 cm erreichen.

• Bewegung und Muskelarbeit kommen aufgrund von Kontraktion der Muskelfasern (und damit des Muskels) zustande.

Myofibrillen

in stark lichtbrechende (anisotrop, A-Banden) und schwach lichtbrechende (isotrop, I-Banden) Sektoren

• Unter dem Mikroskop als Querstreifen zu sehen (daher auch quergestreifte Muskulatur).

Der grundlegende Mechanismus der Sarkomer-Verkürzung beruht auf dem Gleitfilament-Modell. Wenn ein Muskel kontrahiert wird, bewegen sich die Myosinfilamente entlang der Aktinfilamente, wodurch sich die Sarkomere verkürzen. Dieser Prozess wird durch eine Reihe von biochemischen Reaktionen gesteuert.

Wenn ein Muskel befähigt wird, sich zusammenzuziehen, wird das Nervensystem aktiviert und sendet elektrische Impulse an die motorischen Einheiten des Muskels. Diese Impulse lösen die Freisetzung von Kalziumionen aus den spezialisierten Membransystemen im Muskel, den sogenannten sarkoplasmatischen Retikulum, aus. Die Kalziumionen binden an spezifische Bindungsstellen auf den Aktinfilamenten und bewirken eine strukturelle Veränderung, die als Entdeckungsreaktion bezeichnet wird.

Die Entdeckungsreaktion ermöglicht den Bindungsprozess zwischen den Myosinköpfen (die sich auf den Myosinfilamenten befinden) und den Aktinfilamenten. Durch die Bindung der Myosinköpfe an das Aktin werden Querbrücken gebildet. Anschließend findet eine sogenannte Kraftschlagphase statt, bei der die Myosinköpfe ihre Position relativ zu den Aktinfilamenten ändern. Dies führt dazu, dass sich die Aktin- und Myosinfilamente aneinander vorbeischieben.

Durch die wiederholte Bindung, Verschiebung und Ablösung der Querbrücken entlang der Aktinfilamente ziehen sich die Sarkomere zusammen und der Muskel verkürzt sich. Dieser Prozess wird durch die kontinuierliche Freisetzung von Kalziumionen und die Aktivierung der motorischen Einheiten aufrechterhalten, bis das Nervensignal endet.

Motorneuron

entweder im motorischen Hirnnervenkern oder im Vorderhorn des Rückenmarks

α–Neurone

Die neuromuskuläre Kopplung ist der Prozess, bei dem ein Aktionspotenzial vom Nervensystem auf den Muskel übertragen wird, um eine Muskelkontraktion auszulösen. Dieser Vorgang umfasst mehrere Schritte:

1. Erregungsübertragung: Eine Nervenzelle (Motoneuron) sendet ein elektrisches Signal, das als Aktionspotenzial bezeichnet wird, zum Muskel. Das Aktionspotenzial wird entlang des Axons des Motoneurons und über den neuromuskulären Spalt zur neuromuskulären Endplatte, einer spezialisierten Verbindungsstelle zwischen dem Nerv und dem Muskel, weitergeleitet.

2. Freisetzung von Neurotransmittern: Wenn das Aktionspotenzial die neuromuskuläre Endplatte erreicht, bewirkt es die Freisetzung eines Neurotransmitters namens Acetylcholin in den synaptischen Spalt zwischen dem Nerv und dem Muskel. Acetylcholin bindet an Rezeptoren auf der Muskelmembran, den sogenannten nikotinischen Acetylcholinrezeptoren.

3. Depolarisation der Muskelmembran: Die Bindung von Acetylcholin an die nikotinischen Rezeptoren löst eine Depolarisation der Muskelmembran aus. Dies bedeutet, dass sich das elektrische Potenzial der Muskelzelle vorübergehend von einem negativen Ruhepotential zu einem positiven Wert ändert. Dieser Vorgang wird als endplattenpotenzial (EPP) bezeichnet.

4. Ausbreitung des Aktionspotenzials: Das EPP breitet sich entlang der Muskelmembran aus und löst ein Aktionspotenzial im Muskel aus. Das Aktionspotenzial breitet sich entlang der T-Tubuli (transversale Tubuli) im Inneren des Muskels aus und erreicht die sarkoplasmatischen Retikulum (eine Struktur im Muskel, die Kalziumionen speichert).

5. Freisetzung von Kalziumionen: Das Aktionspotenzial im Muskel bewirkt eine Freisetzung von Kalziumionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum. Die Kalziumionen diffundieren in den Sarkoplasma, den Innenraum der Muskelzelle.

6. Aktivierung der Kontraktionsprozesse: Die freigesetzten Kalziumionen binden an spezifische Bindungsstellen auf den Aktinfilamenten im Sarkomer (der funktionellen Einheit des Muskels) und ermöglichen so die Bindung der Myosinköpfe an das Aktin. Dies führt zur Bildung von Querbrücken und zur Kontraktion des Sarkomers.

7. Muskelkontraktion: Durch die wiederholte Bindung, Verschiebung und Ablösung der Querbrücken zwischen den Aktin- und Myosinfilamenten ziehen sich die Sarkomere zusammen und der Muskel kontrahiert sich.

motorische EInheit (motor unit)

motorische Endplatte

Motorneuron innerviert

mehrere Fasern innervieren

Motor-Unit Aktionspotentialen welche bei Kontraktion gestreiften Muskelgewebes abgegeben wird

„Popcorn popping“ und ist ohne weitere Transformationen nicht quantifizierbar.

1 und 1000 Hz

50 und 500 Hz.

Daher ist ein System mit konstanter Verstärkung in diesem weiten Bereich notwendig

… Mikrovolt

… bei 100 bis 1000 μV (max. bei 5 mV).

… hohe Empfindlichkeit des Verstärkers

50Hz-Störsignale so weit wie möglich zu dämpfen.

geringen Singnalamplitude

Integration des Signals -> kann aber auch offline erfolgen

• Die höchste Frequenz, die in einem digitalisierten Signal repräsentiert werden kann, nennt sich Nyquist-Frequenz und entspricht der halben Abtastrate.

• Mit anderen Worten, die Abtastrate muss mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste interessierende Frequenz für die Aufnahme.

• Um Aliasing zu vermeiden sollte das Mehrfache der höchsten interessierenden Frequenz gesampelt werden.

• Je nach Frequenz also bis zu 5 KHz SR.

Oberflächenelektroden

wegen Invasivität nicht infrage

….Elektrodenpaste gefüllt

5 kOhm liegen

relativ Kostengünstig, hygienisch und einfach zu verwenden.

mit Aceton oder Äthylalkohol gereinigt werden

• und rasiert!

jo!

Ableitort

anatomischer Unterschiede

standardisieren (z.B. mit wasserunlöslichen Stiften markieren und/oder Fotografie).

vom Ermüdungszustand ab sowie der Lage des untersuchten Körperteiles

schwer zu verhindern.

-> sorgfältige Erdung der Geräte und der Versuchsperson ist wichtig.

den hohen Spitzen des Signals zu erkennen.

sehr häufig!

Kann durch Veränderung der relativen Lage der Elektroden geändert werden.

1. Gewebeeigenschaften

• Der menschliche Körper ist ein elektrischer Volumenleiter. • Die Leitfähigkeit des Volumens variiert in Abhängigkeit vom Gewebetyp,

Gewebedicke und Temperatur.

• Diese Faktoren unterscheiden sich zwischen Individuen aber auch innerhalb eines Individuum beträchtlich.

• Direkt benachbarte Muskeln produzieren einen signifikanten Anteil des gemessenen EMG-Signals.

• Die Überlagerung („Cross Talk“) von Muskelaktivität liegt bei ca. 10% bis 15% des Gesamtsignalanteiles.

• Vorsicht bei eng zueinander orientierten Muskeln (z.B. Nacken, vorderer Hals, Vorderarm).

• EKG-Zacken können besonders bei Messungen am oberen Rumpf und im Nackenbereich in die Messung einstreuen.

• Sind gut zu erkennen und können durch entsprechende Algorithmen detektiert und eliminiert werden.

• Jede Distanzänderung zwischen Muskel und Elektrodenpaar ändert die EMG- Signalamplitude.

• Dies ist ein inhärentes Problem bei dynamischen Bewegungsstudien (Muskel bewegt sich unter den Elektroden).

• Das Problem kann aber auch durch Druck von außen auf Muskel oder die Elektrode entstehen.

• Besondere Vorsicht gilt in Räumen mit hoher elektrischer Störspannung.

• Die häufigste Störspannung kommt von schlecht oder gar nicht geerdeten externen Geräten und macht sich als 50-Hz-Netzbrummen bemerkbar.

1. Gewebeeigenschaft

2. Physiologischer Cross-Talk

3. Distanzänderungen zwischen Musklen und Elektroden

4. Externe Störspannungen

• da die Aktionspotenziale der motorischen Einheiten (die Summe aller Muskelfaser-Depolarisationen) durch Volumenleitung an die Oberfläche gelangt.

• • Das in der Summe resultierende elektrische Feld wird gemessen und der Ursprung der Akivität kann daher nicht präzise bestimmt werden.

• Je näher das Muskelgewebe an der Haut, umso stärker die aufgenommene elektrische Aktivität.

• Muskelkontraktion reflektiert.

• Kraftentwicklung

• Probanden mussten einen Hand-Dynamometer drücken.

• EMG wurde vom Flexor Muskel des Unterarms gemessen.

-> EMG nahm zu mit zunehmender Druckkraft.

Muskelanspannung

…monopolares Aktionspotenzial ein bipolares Signal bei Differenzverstärkung erzeugt.

• Die Summe mehrerer MUAPs ergib ein triphasisches Potenzial.

1. Rekrutierung (wie viele Motor Units werden aktiviert) und

2. Firing Frequency (mit welcher Frequenz werden Motor Units aktiv)

….Kontraktionsprozess und die Kraftentwicklung gesteuert.