التخطيط الكهربائي للعضلة Electromyography EMG

لقد كانت أولى المحاولات لتسجيل النشاط الكهربائي للعضلة من قبل عدد من العلماء إبتداءاً من عام 1666 من قبل (فرانسيسكو رايدي), وفي عام 1773 إستطاع (والش) أن يتعرف على توليد بعض عضلات السمك للكهربائية, وعام 1792 تم نشر تقرير للعالم الإيطالي ( لويجي جولفاني ) الذي طبق عملية تسجيل أولية للعضلة المنقبضة. ثم تلت بعد 6 عقود وحتى عام 1849 الذي أظهر فيه العالمان (دوبيوز,رايموند) عملية تسجيل فعالية العضلة المنقبضة إرادياً أيضاً. وإستطاع (موري) تسجيل النشاط الكهربائي للعضلة العاملة. إستخدم العالمان (جاسر, أيرلانك) عام 1922 شاشة لعرض الإشارات الكهربائية التي تنشأ جراء الإنقباض العضلي ( oscilloscope ) . ثم تطورت طرق تسجيل مثل هذه الإشارات الكهربائية بشكل سريع وواسع بين أعوام 1930-1950. ثم أصبحت البحوث تستخدم الأقطاب الكهربائية المتطورة لإلتقاط الإشارات بشكل واسع عند دراسة العضلات. أما الإستخدام الفعلي الطبي للتخطيط الكهربائي جاء لتشخيص بعض المراض العصبية العضلية كان عام 1960. لقد إستخدم ( هارديك ) ومساعدوه جهاز التخطيط الكهربائي بشكاله الحالي عام 1966. ثم في منتصف عام 1980 تم تطويرإستخدام تقنية تكميل التخطيط الكهربائي للعضلة (IEMG) بإستخدام الأقطاب أو المسراة السطحية والإبرية الداخلية, وأصبحت هذه الأجهزة أصغر حجماً وأخف وزناً ولها مكملات أخرى كمضخمات الإشارات الكهربائية ومرشحات ومجمعات والراسمات الورقية...( Wikipedia Encycl. : 2010).

2) مصدر الإشارات الكهربائية العضلية :

أن منشأ الكهربائية العضلية هو الألياف العضلية نفسها , حيث تمتلك هذه الألياف جهد راحة في غشائها يطلق عليه (M.R.P. ) Muscle Resting Potential, وتظهر الألياف العضلية جهد حركة أثناء النشاط الحركي يطلق عليه (M.A.P. ) Muscle Action Potential  , ولا يعد الجهد الحركي نشاطاً موقعياً ثابتاً بل يتحرك على طول الليف العضلي حتى يصل إلى نهايته ويختفي , وخلال حركته يخلق حقلاً كهربائياً مغناطيسياً يطلق عليه Electromagnetic Field حول الليف العضلي يمكن تسجيله بواسطة أجهزة كهربائية كالجلفانوميتر والمخطط الكهربائي للعضلة EMG , ويطلق على هذه العملية بالتخطيط الكهربائي للعضلة Electromyography . أن الحقل الكهربائي المغناطيسي المرتبط بالليف العضلي المنفرد يعد صغيراً بالعادة , وعندما تعمل مجموعة من الألياف أو أكثرها لنفس العضلة نتيجة الإستثارة العصبية الإرادية يصبح هذا الحقل أكبر بكثير وتصبح عملية تسجيله بواسطة هذه الأجهزة سهلة أيضاً .  

وكخلاصة نستطيع القول بأن تسجيل الكهربائية العضلية يتم بواسطة المسراة الكهربائية الإبرية بجهاز التخطيط الكهربائي (EMG needle electrode ) هو بالحقيقة للحقل الكهربائي المغناطيسي المتولد جراء إثارة عدد من الألياف التي تعمل بتلك الوحدة الحركية . إضافة لماتقدم فأن تسجيل الجهد الحركي يتم بإستخدام مسراة كهربائية كالأقطاب والإبر والأسلاك الدقيقة , حيث يتم تسجيل جهد الراحة M.R.P. وجهد الحركة M.A.P. داخل الليف (intracellurer) أو خارجه بوضع مسراة كهربائية سطحية , وفي كلا الحالتين يمكننا تسجيل الجهد الحركي للوحدة الحركية العاملة بأكملها ... ( Atheer : 1991).

3) علاقة التخطيط الكهربائي للعضلة بالتوتر :

أن التصورات الأولية للظاهرة الكهربائية للعضلة وجهاز التخطيط الكهربائي EMG تم التعرف بدقة عليها منذ منتصف القرن الماضي تقريباً ... ( Atheer : 1991 ) . حيث يحدث الجهد الحركي في جدار الخلية أو غمدها ( sarcolema ) ويمر طولياً خلال الليف على شكل موجة عندما يثار الليف للإنقباض , وأن مهارة وتقنية تسجيل الجهد الحركي للعضلة قد يستلم بشدته القصوى وبنفس مهارة وتقنية طريقة التخطيط الكهربائي للقلب ECG , والذي يمكن بواسطته تسجيل فعاليات عمل دورة انقباض عضلة القلب على ورقة تسجيل خاصة واختبارها لاحقاً للتأكد من سلامة العضلة ... ( Devries : 1980  ) .

لقد ذكر برانون (Brannon : 1975 ) بأن التخطيط الكهربائي للعضلة هو عبارة عن عملية تسجيل للفعالية أو النشاط الكهربائي المصاحب للعضلة خلال إنقباضها , وهو يصور ويسجل التردد والمدى خلال الإنقباض العضلي , وخلال الإنقباضات العضلية الضعيفة تظهر العضلة نشاطاً كهربائياً بترددات ومديات ضعيفة جراء إثارة وحدات حركية قليلة العدد . أما أثناء الإنقباضات العضلية القوية تزداد فاعلية ونشاط العضلة الكهربائي أكثر تبعاً لما يلي : 1- زيادة في الإثارة ولكل وحدة حركية . 2- زيادة في عدد الوحدات الحركية المثارة تزامنياً . 3- زيادة الإمكانية التركيبية لكلا الحالتين .

لقد تطرق باومان ( Baumann : 1989 ) إلى أن جهاز التخطيط الكهربائي للعضلة يؤشرالشحنة العصبية للجهاز العضلي ويقومها , وكمقياس للضبط والسيطرة يعد جهاز EMG ذو أهمية عالية المستوى لتصميم الجهاز العضلي الحركي للإنسان , وأن الإشارات الكهربائية المرتبطة بالنشاط العضلي تعتبر مؤشراً غير مباشر للشد أو لقوة العضلة وقابليتها الإنقباضية .

4) تكميل جهاز التخطيط الكهربائي للعضلة IEMG  :

أكد كل من كومي وهيكنن (Komi&Hakkinen :1988) بضرورة تكميل التخطيط الكهربائي للعضلة لأجل الحصول على قيم وأرقام محسوبة للنشاط الكهربائي للعضلة , وأشار إلى أن الزيادة في القوة العضلية لا ترتبط بالتضخم العضلي فقط , وأن احتمال الزيادة الحقيقية في القوة العضلية عند الأشخاص غير المدربين سابقاً غالباً ما تنسب إلى النشاط العصبي الحركي بالعضلة (Neuromotoric activation  ) , وذلك لأن عملية تكميل التخطيط الكهربائي للنشاط العضلي IEMG يتغير بصورة متوازية مع زيادة قوة العضلة . أما لأجل دراسة العلاقة بين تسجيلات التخطيط الكهربائي والإنقباض العضلي , يجب أن يتم تكميل عمل الجهاز ببعض الأجهزة الإضافية والوسائل المساعدة , ويطلق مصطلح (Integration  ) على عملية تكميل جهاز التخطيط الكهربائي ليصبح IEMG , وهذا التكميل الكهربائي الألكتروني للجهاز هو الوسيلة الوحيدة لتحويل الإشارات الكهربائية العشوائية إلى قيم وأرقام محسوبة للنشاط الكهربائي بالملليفولت, كما وتتطلب عملية التكميل هذه للجهاز إلى عملية تعيير إضافية ( Calibration ) .

 لقد تطرق بعض العلماء حول اهمية طريقة تقدير القوة العضلية للإنسان بإستخدام التخطيط الكهربائي للعضلة EMG بأنها لا معنى لها ولا فائدة ما لم تقترن بتقنية التكميل والتعيير المناسبة للجهاز , حيث يمكن حساب النشاط الكهربائي للعضلة أو العضلات العاملة بقيم محسوبة ومسجلة بالملليفولتات الكهربائية ... (Devries : 1980 ) .

5) العلاقة بين النشاط الكهربائي والإنقباض العضلي :

لقد تطرقت بعض المصادر الفسيولوجية ... ( Larsson :1974 ) إلى أن الوحدات الحركية يتم تنشيطها بواسطة مسارات عصبية مختلفة وهذا يشمل الإشارات الصادرة من القشرة المخية وتأثيرات الإثارة والكف من المصادر الإنعكاسية المختلفة , ولهذا السبب يجب عدم الإفتراض بأن الجهد الحركي للوحدة الحركية الذي يسبق الإنقباض العضلي هو ناتج التنشيط الإرادي وحده . وأن هذا الجهد لتلك الوحدة الحركية والذي هو تجميع لشكل الموجة يتكون من جميع الجهود الفردية الكامنة للألياف العضلية المرتبطة بتلك الوحدة الحركية , ويمكن إلتقاطها وتسجيلها بواسطة جهاز التخطيط الكهربائي للعضلة . وفي قياسات التخطيط الكهربائي للعضلة يمكن إلتقاط نشاط الوحدات الحركية المثارة بواسطة الأقطاب أو المسراة السطحية التي توضع على الجلد فوق مكان العضلة , كما يمكن إلتقاطها بواسطة مسراة ابرية غارزة أو مسراة سلكية دقيقة وتعتبر المسراة الإبرية والسلكية الدقيقة إختيارية جداً في إلتقاطها وممكن إستخدامها في الدراسات النوعية لنشاط الوحدات الحركية , ولا يمكن إستخدامها بالإنقباضات العضلية لتسببها في آلام كبيرة للمختبر . وفي حالة رغبة الباحث دراسة النشاط الكهربائي للعضلة كاملة وفي مدى الشد والتوتر الفسيولوجي الكلي لها ينصح بإستخدام المسراة الكهربائية السطحية ( Surface Electrodes ) .

كذلك عرف شمدت ( Schmidt :1982) التخطيط الكهربائي للعضلة بأنه عملية تسجيل النشاط الكهربائي للعضلة المنقبضة , وبين بأن التخطيط الكهربائي للعضلة هي طريقة شائعة أخرى لدراسة الحركات , وتبين مشاركة العضلات بالحركة حيث توضع أقطاب كهربائية سطحية فوق مكان العضلات العاملة مباشرة ويتم تثبيتها بأشرطة لاصقة أو مطاطة , ثم جعل الإشارات الضعيفة لهذا النشاط أكثر تضخيماً وتسجيلاً بواسطة مخطط وراسم كهربائي (Polygraph recorder) للتحليلات اللاحقة . وحول شدة الإنقباض العضلي بين بأن مديات التسجيلات ( amplitude ) تؤشر بشكل عام وتدل على قوة إنقباض أكبر , وبالرغم من أن العلاقة جيدة بين مديات تسجيلات EMG والقوة العضلية وتحت شروط مسيطر عليها من عضلة معينة , قد يصادف الباحث ظروف عديدة تقلل من درجة تلك العلاقة , ولذلك فأن كمية القوة المتولدة لاتعكس جيداً كمية تسجيلات EMG المنجزة إعتيادياً . وبشكل عام نجد بأن تسجيلات التخطيط الكهربائي للعضلة بهذه الصورة والشكل مفيدة للحصول على معلومات حول التركيب الحالي لأشكال الحركة ولكن بإستخدام محدود لأجل تحديد القوى المساهمة بذلك العمل .

6) علاقة تحسين القوة والنشاط الكهربائي للعضلة :

مما تقدم أظهرت لنا أهمية تقنية التخطيط الكهربائي التكميلي للعضلة IEMG في مقارنة بين النشاط الكهربائي للعضلات المنقبضة للفراد , حيث يسجل الجهاز قيم أكبر للنشاط الكهربائي للعضلة الأقوى نتيجة إثارة وحدات حركية أكثر عند الإنقباض الإرادي الآيزومتري للعضلة الهيكلية العاملة . ولكن من الناحية الأخرى فأن عملية الإعداد والتدريب لتقوية العضلات سوف تقود إلى إختزال في تسجيلات نشاط العضلة الكهربائي المطلوب لأجل الوصول إلى مستوى معين من التقلص العضلي . حيث أشار بعض الباحثين أمثال ستوبوي وفريدابولد ( Stoboy&Friedebold:1968) إلى أن تدريب العضلة يمكن أن يقود إلى تقليل دور الإنتفاضة التزامنية للوحدات الحركية في إنتاج العضلة للقوة أي إقتصاد في الإثارة الحركية للوحدات المنتفضة ( Synchronized Motor Unit Twitch ) . ويبدأ هذا من المرحلة التزامنية ويعتمد ظاهرياً على الحالة الوظيفية للعضلة قبل بدية الفترة التدريبية , بينما في العضلة المدربة جيداً تزيد هذه الظاهرة من السلوك الإقتصادي , ويمكن أن تظهر في المرحلة المبكرة من ذلك التدريب , أما بالنسبة للآلية الفسيولوجية المسئولة عن هذه الظاهرة التزامنية المحتملة غير معروفة لحد الآن .

كذلك استطاع الباحثون فريدابولد , ستوبوي , نوسغن ( Friedebold, Stoboy, Nussgen:1957 ) قبل ذلك وبإستخدام طريقة التخطيط الكهربائي للعضلة في أبحاثهم , أن يثبتوا بأنه خلال التدريبات العضلية الآيزومترية ونتيجة للمرحلة التزامنية ( resynchronizations ) للوظائف اليومية العضلية , يحصل هبوط بالنشاط الكهربائي للعضلة , ويحصل هذا الهبوط بصورة مؤكدة من خلال هبوط تردد الإثارة للوحدات الحركية . وهذا يعني تبادل الوحدات الحركية المنفردة بفترات كبيرة مما تصبح فترات التوقف للوحدات المنفردة طويلة أيضاً . وعندما يلاحظ المرء اختلاف سلوك النشاط الكهربائي للعضلة في السابيع التدريبية بصورة مستمرة , يجد إرتفاعاً أولياً في النشاط الكهربائي في الوحدة الزمنية وحتى الحصول على قوة قصوى في العضلات بحدود 30 كغم ( كقيمة خاصة بالعضلة الفخذية الرباعية والتي قام الباحثون بتدريبها ) ثم يحصل بعد ذلك هبوطاً بالنشاط الكهربائي .

ومما تقدم نستطيع القول بأن تقنية تخطيط النشاط الكهربائي للعضلة التكميلي IEMG سوف يصبح مفيداً للمقارنة بين عضلات الأفراد المدربين وغير المدربين , أما محاولة تسجيل النشاط الكهربائي لعضلات العينات لمعرفة مستوى القوة من خلال نشاطها الكهربائي قبل وبعد التدريب في التجارب التي تجرى فيها إختبارات قبلية وبعدية , فأن تلك النتائج سوف تتأثر بظاهرة هبوط مستوى تسجيل أو عدم حصول تحسن في النشاط الكهربائي بشكل معنوي.

7) تقنية التخطيط الكهربائي في البحوث الرياضية بالعراق :

استخدمت تقنية التخطيط الكهربائي للعضلات بالعراق بعد منتصف القرن الماضي للأغراض الطبية بعد أن توفرت أجهزة EMG بالمستشفيات الحكومية . أما بالنسبة لتقنية التخطيط الكهربائي للعضلات في مجال البحوث والدراسات الرياضية , لقد استخدمها كاتب المقال في بحثه لنيل شهادة الدكتوراه كأول شهادة تمنح من كلية التربية الرياضية بجامعة بغداد من داخل العراق وذلك عام 1991 . لقد كان النشاط الكهربائي للعضلة هو أحد متغيرات بحثه في دراسة تكيفات العضلة الهيكلية الفسيولوجية والأنثروبومترية وعلاقتها بتدريبات القوة العضلية القصوى الثابتة والمتحركة . لقد درس الباحث النشاط الكهربائي للعضلة كمتغير فسيولوجي في بحثه قبل تدريب القوة بنوعيها الثابتة والمتحركة وبعدها لأجل المقارنة بينها في متغيرات هذا البحث إضافة للقوة العضلية والتضخم العضلي والمطاطية العضلية , وبإستخدامه لتقنية التخطيط الكهربائي التكميلي للعضلة IEMG التي تم وصفها سابقاً ( Integrated Electromyography ) , استطاع أن يسجل ثلاث فعاليات ذات علاقة بالنشاط الكهربائي للعضلة الهيكلية ومدى تأثرها بتدريبات القوة القصوى الثابتة والمتحركة . وأطلق على هذه الفعاليات التسجيلية للكهربائية العضلية التكميلية الفسيولوجية :

- ذروة فترة الإنقباض العضلي Duration to Peak Contraction  .

- النشاط الكهربائي للإنقباض العضلي القصوي 20ث IEMG in max. contraction to 20 sec.

- النشاط الكهربائي للإنقباض العضلي القصوي 2 د IEMG in max. contraction to 2 min.     

أجرى الباحث جميع إختبارات النشاط الكهربائي للعضلة وسجل تلك الفعاليات في مختبر قسم الفسيولوجي بالكلية الطبية في بغداد وتحت إشراف رئيس القسم آنذاك . لقد تم تحضير الأجهزة وتركيبها بما يناسب هذه الفعاليات والمتغيرات الفسيولوجية ولأول مرة في مجال البحوث الرياضية . لقد إستخدمت تقنية التكميل والتعيير المطلوبة للأجهزة لمثل هذه البحوث العلمية , وتم التأكد من دقة تسجيلاتها وعملها من خلال التجربة الإستطلاعية التي أجراها الباحث . وكانت أجهزة البحث ذات درجة عالية في تسجيلاتها :

- جهاز كراس الطبي موديل  78 Grass Polygraph mod. 78          

- مخطط كهربائي للعضلة عدد  1   EMG Grass Electromyogram 1     

- مضخم كراس كهربائي عدد 3     Grass Polygraph D. C. Driver Amplifier 3 

- مجمع للإشارات كراس عدد 2 Grass Polygraph Integrator 2     

- مسراة كهربائية سطحية عدد 2      Surface ECG Electrodes 2  

- مسراة كهربائية أرضية عدد 1       Grounding Electrodes 1    

تم تركيب هذه الأجهزة لأغراض بحثه بالإضافة إلى جو المختبر وجميع ما قد يؤثر على صحة ودقة هذه التسجيلات للنشاط الكهربائي للعضلة من عوامل محيطية داخلية وخارجية . إستطاع الباحث أن يحصل على تسجيلات IEMG بدقة عالية وكانت للتحضيرات والتقنية والأجهزة المختبرية هذه دوراً هاماً , وكذلك دور الأستاذ المشرف رئيس قسم الفسيولوجي بالكلية الطبية . لقد قارن الباحث بين مجاميع بحثه الثلاثة وكانت عبارة عن ( مجموعة ثابتة , مجموعة متحركة , مجموعة ضابطة ) في جميع متغيرات البحث ومنها المتغيرات الخاصة بالنشاط الكهربائي للعضلة حيث سجل هذا النشاط في الإختبارات القبلية والبعدية . ففي متغير فترة ذروة الإنقباض الذي تم تسجيله بسرعة 25ملم/ث على ورقة تسجيل خاصة بالجهاز , كانت عضلات مجموعة تدريب القوة المتحركة هي التي اظهرت تكيفاً معنوياً فقط بين المجاميع الثلاثة . أما بالنسبة للنشاط الكهربائي العضلي القصوي لأول 20ث لم تسجل المجاميع الثلاثة أية فروق معنوية دالة في النشاط الكهربائي في هذا الإختبار. كما لم تسجل المجاميع الثلاثة فروق معنوية بين إختباراتها القبلية والبعدية في النشاط الكهربائي العضلي القصوي لمدة 2 دقيقة أيضاً . وهذه النتائج جاءت رغم حصول تطور معنوي للقوة العضلية للمجموعتين الثابتة والمتحركة . أعزى الباحث عدم ظهور نتائج معنوية للنشاط الكهربائي التكميلي للعضلة الهيكلية إلى أن تكيف العضلة وزيادة قوة أليافها بالوحدات الحركية العاملة يؤدي إلى إقتصاد عمل الألياف العضلية لتلك الوحدات الحركية مما يؤدي إلى هبوط مستوى الإثارة العصبية أو النشاط الكهربائي المصاحب لها , أي أن العضلة سوف تعمل على مجابهة تلك المقاومات الخارجية بالإنقباضات القصوى بأقل عدد من وحداتها الحركية المثارة لأجل العمل بصورة أكثر كفاءة من السابق ولكن بشكل إقتصادي , وهذه النتائج جاءت مطابقة لبحوث سابقة لفريدابولد ومساعديه ... ( Friedebold et.al.:1957 ) . كما وجد الباحث من البحوث التي تتفق مع نتائج بحثه هو ما قام به هيكنن ومساعدوه ... ( Hakkinen et.al.: 1988 ) حول التكيفات العصبية العضلية والهورمونية لدى نخبة من الرباعين بعد برامج تدريبات القوة القصوى لمدة سنتين . لقد حصلت زيادة طفيفة غير دالة إحصائياً في النشاط الكهربائي التكميلي للعضلة IEMG للعضلة المتسعة الوحشية ( Vastus Lateralis ) بلغت نسبتها 4,2% , كذلك حصلت زيادة طفيفة غير دالة إحصائياً في القوة القصوى الآيزومترية لعضلات مد الساقين بلغت نسبتها 4,9% , وزيادة غير دالة إحصائياً في سمك الألياف لنفس العضلة بلغت نسبتها 5,9% , هذا علماً بأن العينة نخبة من الرباعين الذين استطاعوا تحقيق نتائج معنوية دالة في الرفعات الأولمبية الرسمية في رفع الأثقال بالسويد .

- المصادر والمراجع المستخدمة  References :

- أثير محمد صبري أحمد الجميلي (1991) : بعض المتغيرات الفسيولوجية والأنثروبومترية للعضلة الهيكلية وعلاقتها بتدريب القوة القصوى الثابتة والمتحركة , إطروحة دكتوراه في إختصاص فسلجة التدريب الرياضي , جامعة بغداد .

- Devries,H.(1980): Physiology of Exercise , 3 rd. ed.; Wm.c, Brown Company Publishers ;Dubuque Iowa .

- Brannon,F.(1975): Experiments and Instrumentation in Exercise Physiology , Keudall Hunt Publishing , Iowa .

- Baumann,W.(1989): Methodological approach of study of Biomschanics . First IOC Word Congress on Sport Sciences ,Colorado Springs , 244-248 .

- Komi,P.,Hakkinen,K.(1988): Strength and Power , the Olympic Book of Sport Medicine . Black Well Scientific Publications , London .

- Larson,L.(1974): Fitness , Health and work capacity . Macmillan Publishing Co., New York , London .

- Schmidt,R.(1982): Motor Control and Learning Human Kinetics Publishers . Chmpaign , Illinois .

- Stoboy,H.,Friedbold,G.(1968): Changes in Muscle function in atrophied Muscles du to Isometric training . Bull. N. y. Acad. Med. 44 .

- Friedbold,G.et.al.(1957): Das Verhalten der Elektrischen Aktivitat Wahrend der dauer einer maximalen Isometrischen Kontraktion des Skeletmuskels . Berlin- Med .

- Hakkinen,K. et. al. (1988):  Neuromuscular and Hormonal responses in Elite Athletes to two successive strengthtraining sessions in one day . Eur. J. Appli. Physiology  57: 133-139 .

- www. Wikipedia.org .