Electromyography (EMG) and Skeletal muscle contraction 10 กรกฎาคม 2551 Electromyography (EMG) and Skeletal muscle contraction Sompol Tapechum M.D., Ph.D. Department of Physiology Faculty of Medicine Siriraj Hospital วิทยาศาสตร์การกีฬา

Objectives นักศึกษาสามารถบอกประโยชน์ของการวัด EMG ได้ นักศึกษาสามารถอธิบายความหมายของคำต่อไปนี้ได้ Motor unit Recruitment of motor unit Summation of muscle contraction นักศึกษาสามารถอธิบายความหมายและกลไกการเกิด muscle fatigue ได้

Skeletal muscle เป็นส่วนประกอบประมาณ (40%) ของน้ำหนักตัว ส่วนใหญ่เป็นกล้ามเนื้อที่ยึดติดอยู่กับโครงกระดูกของร่างกาย ยกเว้นกล้ามเนื้อบริเวณใบหน้า และหลอดอาหารส่วนต้น หน้าที่สำคัญของกล้ามเนื้อโครงร่างคือ การเคลื่อนไหว (movement) การทรงตัวของร่างกาย (posture) กล้ามเนื้อโครงร่างสามารถทำงานภายใต้การสั่งการจากสมอง (Voluntary control)

Structure of Skeletal muscle กล้ามเนื้อโครงร่างแต่ละมัดประกอบด้วยเซลล์กล้ามเนื้อ (muscle cell หรือ muscle fiber) เรียงตัวขนานกัน ส่วนปลายของมัดกล้ามเนื้อที่ยึดติดกับกระดูกเรียกว่า เอ็น (tendon)

Motor unit การหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่างถูกควบคุมโดยเซลล์ประสาทสั่งการ (motor neuron) ซึ่งอยู่ที่ ไขสันหลัง สำหรับกล้ามเนื้อแขน ขา ลำตัว ก้านสมอง สำหรับกล้ามเนื้อศีรษะและคอ 1 Motor unit คือ เซลล์ประสาท 1 ตัวกับ muscle fiber จำนวนหนึ่งที่เซลล์ประสาทตัวนั้นไปเลี้ยง กล้ามเนื้อที่ทำงานละเอียดจะมี motor unit ขนาดเล็ก เช่น กล้ามเนื้อมือ การทำลาย motor neuron ทำให้เกิดอาการอัมพาต

Neuromuscular junction บริเวณที่ปลายประสาทสั่งการไซแนปส์กับเซลล์กล้ามเนื้อเรียกว่า neuromuscular junction หรือ motor end-plate สารสื่อประสาทที่หลั่งจากปลายประสาทคือ acetylcholin (ACh)

Excitation contraction coupling สารสื่อประสาท acetylcholine จับกับตัวรับที่เซลล์กล้ามเนื้อ กระตุ้นให้เซลล์กล้ามเนื้อสร้างสัญญาณไฟฟ้าได้เช่นเดียวกับกระแสประสาท วิ่งไปตามผิวเซลล์ กระตุ้นให้แคลเซียมไอออนในเซลล์สูงขึ้น โดยออกมาจากที่เก็บในเซลล์ (saroplasmic reticulum; SR) ทำให้เกิดการจับ และดึงของสาย actin และ myosin เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อ

Excitation contraction coupling

Recruitment of motor unit

Summation of muscle contraction กลไก เพิ่ม Ca2+ ในเซลล์ ไม่เสียแรงไปยืด series elastic component

Force of contraction Recruitment of motor unit Frequency summation

Muscle fatigue Central fatigue Neuromuscular fatigue Muscular fatigue Depletion of neurotransmitter Muscular fatigue Accumulation of waste: lactate, K+ Depletion of energy source: ATP

10 กรกฎาคม 2551 Electromyography การวัดสัญญาณไฟฟ้าซึ่งเกิดจากการทำงานของแต่ละ motor unit สิ่งที่บันทึกได้เรียกว่า electromyogram (EMG) ประโยชน์ของ EMG วินิจฉัยความผิดปกติของการทำงานของ motor unit วินิจฉัยแยกโรคความผิดปกติการทำงานของกล้ามเนื้อว่าเกิดจาก motor neuron หรือ muscle วิทยาศาสตร์การกีฬา

Experiment 1: การวัด EMG จากกล้ามเนื้อ biceps และ triceps

Experiment 2: การเปรียบเทียบ EMG กับแรงการหดตัวของกล้ามเนื้อ

Experiment 3: Muscle contraction