肌电0511.pptx

1 第1节 骨骼肌的结构肌肉组织肌肉组织骨骼肌骨骼肌平滑肌平滑肌血管、消血管、消化道、膀胱、子宫等化道、膀胱、子宫等心心 肌肌心脏心脏根据肌细胞的形态与分布的不同可将肌肉组织分为根据肌细胞的形态与分布的不同可将肌肉组织分为3 3类类 第1页/共64页2骨骼肌心肌平滑肌第2页/共64页3骨骼肌骨骼肌骨骼肌骨骼肌心心心心 肌肌肌肌平滑肌平滑肌平滑肌平滑肌横纹肌横纹肌横纹肌横纹肌非横纹肌非横纹肌非横纹肌非横纹肌随意肌随意肌随意肌随意肌非随意肌非随意肌非随意肌非随意肌肌组织分类肌组织分类肌组织分类肌组织分类受意志支配受意志支配 受自主性神经支配受自主性神经支配 第3页/共64页4肌外膜肌外膜肌外膜肌外膜（epimysiumepimysium）肌束膜肌束膜肌束膜肌束膜（perimysiumperimysium）肌内膜肌内膜肌内膜肌内膜（endomysiumendomysium）肌膜肌膜肌膜肌膜（sarcolemmasarcolemma）骨骼肌骨骼肌(skeletal muscle)(skeletal muscle)肌组织（肌组织（muscle tissuemuscle tissue）的基本成分是肌细胞。肌的基本成分是肌细胞。肌细胞间有少量结缔组织、细胞间有少量结缔组织、血管、淋巴管及神经等。血管、淋巴管及神经等。肌细胞呈细索条状，故又肌细胞呈细索条状，故又称肌纤维（称肌纤维（muscle muscle fiberfiber）。肌细胞的细胞膜）。肌细胞的细胞膜叫做肌膜叫做肌膜 第4页/共64页5骨骼肌纤维一般呈细长圆柱形，直径为10100m，长度不等，一般为140mm，长者可达10cm，两端钝圆，与肌腱纤维相连接、有的肌纤维末端可分支（表情肌和舌肌）。第5页/共64页6在骨骼肌纤维的肌浆内有大量其长径平行排列的肌原纤维（myofibril）。肌原纤维呈细丝状，直径约l2m。光镜下，每条肌原纤维是由许多明暗相间的带所组成，所有肌原纤维上的明带和暗带都整齐地排列在同一平面上，故使纵切的肌纤维呈现明、暗相间的横纹第6页/共64页71.1.肌原纤维肌原纤维（myofibril）明带（light band）在偏光显微镜下呈单折光，为各向同性（isotropic），故又称带，长约0.8 m，着色浅。在明带中央可见一条暗线，实际是一薄膜，称Z线或Z膜（Zline或Zmembran Z是德文zwischem的字头，“间”的意思，故也称间线）。暗带（dark band）在偏光显微镜下呈双折光，为各向异性（anisotropic），故又称A带，长约1.5m。暗带中央有一较明的窄带，称H带（德文Hall“明”的意思），H带的中央仍有一条深色的暗线，实际仍是一薄膜，称M线或M膜（德文Mittle，“中”的意思，故也称中线）。相邻两个Z膜之间的一段肌Zp原纤维称为一个肌节（sarcomere），所以每个肌节包括有1/2明带+暗带+1/2明带，肌节的长度约23m。一个肌原纤维可由几百个肌节所组成，肌节是肌纤维结构和功能的基本单位。肌节的长度，随肌纤维的收缩或舒张而改变。带带Z线A带带H带带M线第7页/共64页8肌节是肌细胞收缩的基本结构和功能单位。肌节是肌细胞收缩的基本结构和功能单位。肌节肌节=1/2=1/2明带暗带明带暗带1/21/2明带明带 =2=2条条Z Z线间的区域线间的区域2.2.肌管系统：肌管系统：横管系统横管系统：肌管的走行方向和肌原纤维相垂直，：肌管的走行方向和肌原纤维相垂直，T T管管 transverse tubule（肌膜内凹而成在（肌膜内凹而成在Z Z线附近形成线附近形成环绕肌原纤维的管道。肌膜环绕肌原纤维的管道。肌膜APAP沿沿T T管传导）管传导）。纵管系统纵管系统：L L管管 longitudinal tubule （也称肌浆网。（也称肌浆网。肌节两端的肌节两端的L L管称终末池，富含管称终末池，富含CaCa2+2+)。三联管三联管：T T管管+终池终池22第8页/共64页9纵管纵管第9页/共64页10肌原纤维肌原纤维（myofibril）由粗、细肌丝规律排列构成由粗、细肌丝规律排列构成明带：明带：I带，带，Z线线暗带：暗带：A带，含带，含H带，带，M线线(1/2 I带带+A带带+1/2 I带带)细肌丝细肌丝(thin filament):一端固定于一端固定于Z Z线线 另一端游离，止于另一端游离，止于H H带带粗肌丝粗肌丝(thick filament):两端游离，中间固定于两端游离，中间固定于M M线线肌节肌节(sarcomere)仅有细肌丝仅有细肌丝有粗、细肌丝有粗、细肌丝仅有粗肌丝仅有粗肌丝第10页/共64页11粗肌丝的分子结构粗肌丝的分子结构肌球蛋白肌球蛋白肌球蛋白肌球蛋白（myosinmyosin）规律聚合形成规律聚合形成规律聚合形成规律聚合形成头部：头部：头部：头部：朝向粗肌丝中部，借朝向粗肌丝中部，借M M线聚集成粗肌丝主体线聚集成粗肌丝主体朝向粗肌丝两端，外露形成横桥朝向粗肌丝两端，外露形成横桥，具有具有ATPATP酶活性酶活性，能与细肌丝的能与细肌丝的肌动蛋白肌动蛋白结合结合杆部：杆部：杆部：杆部：第11页/共64页12细肌丝的分子结构细肌丝的分子结构肌动蛋白肌动蛋白肌动蛋白肌动蛋白 (Actin)(Actin)原肌球蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白 (Tropomyosin)(Tropomyosin)肌钙蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白 (Troponin)(Troponin)TnTTnT：能与：能与：能与：能与TropomyosinTropomyosin结合结合结合结合TnCTnC：能与：能与：能与：能与Ca2+Ca2+结合结合结合结合TnITnI：Inhibit Inhibit 肌动、球蛋白结合肌动、球蛋白结合肌动、球蛋白结合肌动、球蛋白结合第12页/共64页13第2节兴奋的神经肌肉传递每个骨骼肌纤维都是一个独立的功能和结构单位，它们至少接受一个运动神经末梢的支配，并且在体骨骼肌纤维只有在支配它们的神经纤维有神经冲动传来时，才能进行收缩。运动神经纤维在到达神经末梢处时先失去髓鞘，以裸露的轴突末梢嵌入到肌细胞膜上称作终板的膜凹陷中，但轴突末梢的膜和终板膜并不直接接触，而是被充满了细胞外液的接头间隙隔开，其中尚含有成分不明的基质 第13页/共64页14细胞间的兴奋传递细胞间的兴奋传递（一）（一）N NM M接头处的兴奋传递接头处的兴奋传递 1 1、N-MN-M接头的结构接头的结构 接接头头前前膜膜：囊囊泡泡内内含含 ACh,ACh,并并以以囊囊泡泡为为单单位位释释放放AChACh（称量子释放）。（称量子释放）。接头间隙接头间隙：约：约50-60nm50-60nm。接接头头后后膜膜：又又称称终终板板膜膜。存存在在AChACh受受体体（N N2 2受受体体），能能与与AChACh发发生生特特异异性性结结合合。化化学学门门控控性性钠钠通通道。无电压门控性钠通道。道。无电压门控性钠通道。第14页/共64页15N-MN-M接头处的兴奋传递过程接头处的兴奋传递过程(Nerve-Muscle)当神经冲动传到轴突末梢当神经冲动传到轴突末梢膜膜CaCa2 2通道开放，膜外通道开放，膜外CaCa2 2向膜内流动向膜内流动接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中的囊泡中的AChACh释放释放(量子释放量子释放,quantal release),quantal release)AChACh与终板膜上的与终板膜上的N N2 2受体受体结合，结合，受体蛋白分子构型改变受体蛋白分子构型改变终板膜对终板膜对NaNa、K K (尤其是尤其是NaNa)通透性通透性终板膜去极化终板膜去极化终板电位（终板电位（endplate potential,EPPendplate potential,EPP）EPPEPP电紧张性扩布至肌膜电紧张性扩布至肌膜去极化达到阈电位去极化达到阈电位爆发肌细胞膜动作电位爆发肌细胞膜动作电位N2受体乙酰胆碱受体第15页/共64页16EPPEPP的的特特征征：无无“全全或或无无”现现象象；无无不不应应期期；有有总和现象；总和现象；EPPEPP的大小与的大小与AchAch释放量呈正相关。释放量呈正相关。N-MN-M接头处的兴奋传递特征接头处的兴奋传递特征:（1 1）是电）是电-化学化学-电的过程：电的过程：N N末梢末梢APAChAPACh受体受体EPPEPP肌膜肌膜APAP （2 2）具）具1 1对对1 1的关系：的关系：接接头头前前膜膜传传来来一一个个APAP，便便能能引引起起肌肌细细胞胞兴兴奋奋和和收收缩缩一一次次（因因每每次次AChACh释释放放的的量量，产产生生的的EPPEPP是是引引起起肌膜肌膜APAP所需阈值的所需阈值的3-43-4倍）。倍）。神神经经末末梢梢的的一一次次APAP只只能能引引起起一一次次肌肌细细胞胞兴兴奋奋和和收收缩缩（因因终终板板膜膜上上含含有有丰丰富富的的胆胆碱碱酯酯酶酶，能能迅迅速速水水解解AChACh）。）。第16页/共64页17肌肉的电肌肉的电-机械耦联机械耦联肌肉的收缩原理肌肉的收缩原理滑行理论（滑行理论（sliding theory）肌丝滑行理论肌丝滑行理论:是肌肉收缩机制的一种理论。主要指：横纹肌收缩时是肌肉收缩机制的一种理论。主要指：横纹肌收缩时在形态上的表现为整个肌肉和肌纤维的缩短，但在肌在形态上的表现为整个肌肉和肌纤维的缩短，但在肌细胞内并无肌丝或它们所含的分子结构的缩短，而只细胞内并无肌丝或它们所含的分子结构的缩短，而只是在每一个肌小节内发生了细肌丝向粗肌丝之间的滑是在每一个肌小节内发生了细肌丝向粗肌丝之间的滑行。结果使肌小节长度变短，造成整个肌原纤维、肌行。结果使肌小节长度变短，造成整个肌原纤维、肌细胞和整条肌肉的缩短。其证据是：肌肉收缩时，肌细胞和整条肌肉的缩短。其证据是：肌肉收缩时，肌细胞的暗带长度不变，明带长度变短，而肌球蛋白细胞的暗带长度不变，明带长度变短，而肌球蛋白（粗肌丝）在暗带，肌动蛋白（细肌丝）在明带。（粗肌丝）在暗带，肌动蛋白（细肌丝）在明带。第17页/共64页18第18页/共64页19按任意键飞入横桥摆动动画肌节缩短肌节缩短=肌细胞收缩肌细胞收缩牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行横桥摆动横桥摆动横桥与结合位点结合，横桥与结合位点结合，分解分解ATPATP释放能量释放能量原肌球蛋白位移，原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点暴露细肌丝上的结合位点CaCa2 2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型改变肌钙蛋白的构型改变终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内的终池内的CaCa2 2+进入肌浆进入肌浆肌纤维收缩的分子机制肌纤维收缩的分子机制第19页/共64页20 肌丝滑行几点说明肌丝滑行几点说明:1.1.肌肌细细胞胞收收缩缩时时肌肌原原纤纤维维的的缩缩短短,并并不不是是肌肌丝丝本本身身缩缩短短,而而是是细细肌肌丝丝向向肌肌节节中中央央(粗粗肌肌丝丝内内)滑滑行行。因因相相邻邻Z Z线线靠靠近近,即即肌肌节节缩缩短短；暗暗带带长长度度不不变变,即即粗粗肌肌丝丝长长度度不不变变；从从Z Z线线到到H H带带边边缘缘的的距距离离不不变变,即即细细肌肌丝丝长长度度不不变变;明明带带和和H H带变窄。带变窄。第20页/共64页21 2.2.横横桥桥的的循循环环摆摆动动，细细肌肌丝丝向向肌肌节节中中央央(粗粗肌肌丝丝内内)滑滑行行，滑滑行行中中由由于于肌肌肉肉的的负负荷荷而而受阻，便产生张力。受阻，便产生张力。3.3.横横桥桥的的循循环环摆摆动动在在肌肌肉肉中中是是非非同同步步地地，从而肌肉产生恒定的张力和连续的缩短。从而肌肉产生恒定的张力和连续的缩短。4.4.横横桥桥循循环环摆摆动动的的参参入入数数目目及及摆摆动动速速率率，是是决决定定肌肌肉肉缩缩短短程程度度、速速度度和和肌肌张张力力的的关关键键因素。因素。第21页/共64页22肌纤维的兴奋肌纤维的兴奋-收缩耦联收缩耦联 三个主要步骤三个主要步骤：肌膜电兴奋的传导肌膜电兴奋的传导:指肌膜产生指肌膜产生APAP后后,AP,AP由横管系统迅由横管系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管和肌节附近。速传向肌细胞深处，到达三联管和肌节附近。三联管处的信息传递：三联管处的信息传递：（尚不很清楚）（尚不很清楚）肌浆网（纵管系统）中肌浆网（纵管系统）中CaCa2 2+的释放的释放:指终池膜上的钙指终池膜上的钙通道开放，终池内的通道开放，终池内的CaCa2+2+顺浓度梯度进入肌浆，触发肌丝滑行，顺浓度梯度进入肌浆，触发肌丝滑行，肌细胞收缩。肌细胞收缩。CaCa2+2+是兴奋是兴奋-收缩耦联的耦联物收缩耦联的耦联物第22页/共64页23运动神经冲动传至末梢运动神经冲动传至末梢N N末梢对末梢对CaCa2+2+通透性增加通透性增加 CaCa2+2+内流入内流入N N末梢内末梢内接头前膜内囊泡接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂向前膜移动、融合、破裂AChACh释放入接头间隙释放入接头间隙 AChACh与终板膜受体结合与终板膜受体结合受体构型改变受体构型改变终板膜对终板膜对NaNa+、K K+(尤其尤其NaNa+)的通透性增加的通透性增加产生终板电位产生终板电位(EPP)(EPP)EPPEPP累积达到阈电位引起累积达到阈电位引起肌肌膜膜APAP肌膜肌膜APAP沿横管膜传至三联管沿横管膜传至三联管终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内终池内CaCa2+2+进入肌浆进入肌浆CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合 引起肌钙蛋白的构型改变引起肌钙蛋白的构型改变原肌凝蛋白发生位移原肌凝蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点暴露出细肌丝上与横桥结合位点横桥与结合位点结合横桥与结合位点结合激活激活ATPATP酶作用酶作用,分解分解ATPATP横桥摆动横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短肌节缩短=肌细胞收缩肌细胞收缩小结：骨骼肌收缩全过程小结：骨骼肌收缩全过程1.1.兴奋传递兴奋传递 2.2.兴奋兴奋-收缩（肌丝滑行）耦联收缩（肌丝滑行）耦联第23页/共64页24（四）骨骼肌舒张机制（四）骨骼肌舒张机制兴奋兴奋-收缩耦联后收缩耦联后肌膜电位复极化肌膜电位复极化终池膜对终池膜对Ca2+通透性通透性肌浆网肌浆网膜膜Ca2+泵激活泵激活肌浆网肌浆网膜膜Ca2+Ca2+与肌钙蛋白解离与肌钙蛋白解离原肌凝蛋白复盖原肌凝蛋白复盖横桥结合位点横桥结合位点骨骼肌舒张骨骼肌舒张第24页/共64页25骨骼肌收缩的机械变化肌肉收缩的两种基本形式：等张收缩等长收缩第25页/共64页26骨骼肌的收缩形式骨骼肌的收缩形式1 1、等张收缩、等张收缩：肌肉收缩时肌肉收缩时,只有长度缩短而张力不变只有长度缩短而张力不变的收缩的收缩,又称为又称为等张收缩等张收缩，等张是相对的。等张收缩等张是相对的。等张收缩所所作功负荷重量作功负荷重量距离距离。2 2、等长收缩等长收缩：肌肉收缩时肌肉收缩时,只有张力增加而长度不变只有张力增加而长度不变的收缩的收缩,称为等长收缩称为等长收缩。又称静力性收缩又称静力性收缩。无做功。无做功。注：等长收缩和等张收缩与肌肉收缩时所遇到的负荷大小有关注：等长收缩和等张收缩与肌肉收缩时所遇到的负荷大小有关:当负荷等于或大于肌张力时当负荷等于或大于肌张力时,出现等长收缩；出现等长收缩；当负荷小于肌张力时当负荷小于肌张力时,出现等张收缩；出现等张收缩；正常人体骨骼肌的收缩大多是混合式的正常人体骨骼肌的收缩大多是混合式的,而且总是等张收缩在前而且总是等张收缩在前,当当肌张力增加到超过后负荷时肌张力增加到超过后负荷时,才出现等长收缩。如：作蹲起动作时。才出现等长收缩。如：作蹲起动作时。第26页/共64页27等张收缩等张收缩:肌肉在收缩时肌肉在收缩时,张张力相等力相等,长度发生长度发生改变的收缩改变的收缩.第27页/共64页28(二二)等长收缩等长收缩概念：肌肉在收缩对概念：肌肉在收缩对其长度不变。其长度不变。（静力收缩）（静力收缩）如体操中的如体操中的“十字支十字支撑撑”“直角支撑直角支撑”和和武术中的武术中的站桩站桩 第28页/共64页29 单收缩单收缩：肌肉受到一次刺激，引起一次收缩和肌肉受到一次刺激，引起一次收缩和舒张的过程。舒张的过程。复合收缩复合收缩:肌肉受到连续刺激，前一次收缩和舒肌肉受到连续刺激，前一次收缩和舒张尚未结束，新的收缩在此基础上出现的过程。张尚未结束，新的收缩在此基础上出现的过程。不完全强直收缩不完全强直收缩:当新刺激落在前一次收缩当新刺激落在前一次收缩的舒张期的舒张期,所出现的强而持久的收缩过程称之为所出现的强而持久的收缩过程称之为 完全强直收缩完全强直收缩:当新刺激落在前一次收缩当新刺激落在前一次收缩的缩短期的缩短期,所出现的强而持久的收缩过程称之为所出现的强而持久的收缩过程称之为 机制机制:强直收缩是各次单收缩的机械叠加现象强直收缩是各次单收缩的机械叠加现象(并非动作电位的叠加，动作电位始终是分离的并非动作电位的叠加，动作电位始终是分离的)，所以，所以,强直收缩的收缩幅度和收缩力比单收缩大。强直收缩的收缩幅度和收缩力比单收缩大。第29页/共64页30骨骼肌的收缩骨骼肌的收缩第30页/共64页31骨骼肌特性骨骼肌特性一、骨骼肌的物理特性一、骨骼肌的物理特性伸展性，弹性，粘滞性伸展性，弹性，粘滞性。这些物理特性与温度。这些物理特性与温度有关。当温度升高时，肌肉的粘滞性下降，伸有关。当温度升高时，肌肉的粘滞性下降，伸展性和弹性增加。在运动实践中，作好充分准展性和弹性增加。在运动实践中，作好充分准备活动，就是利用此原理，提高运动员的运动备活动，就是利用此原理，提高运动员的运动成绩。成绩。二、骨骼肌的生理特性及其兴奋条件二、骨骼肌的生理特性及其兴奋条件兴奋性和收缩性兴奋性和收缩性是紧密联系又有不同的两个基是紧密联系又有不同的两个基本生理过程。本生理过程。第31页/共64页32要引起骨骼肌兴奋的刺激应满足以下适当的条件：要引起骨骼肌兴奋的刺激应满足以下适当的条件：刺激强度：刺激强度：阈强度阈强度：能够使膜的静息电位去极化达到阈电位的：能够使膜的静息电位去极化达到阈电位的外加刺激的强度。外加刺激的强度。阈刺激阈刺激：阈强度的刺激，可以作为评定组织：阈强度的刺激，可以作为评定组织兴奋性高低的指标。阈刺激小表示组织的兴奋性高。兴奋性高低的指标。阈刺激小表示组织的兴奋性高。比阈强度强的刺激为比阈强度强的刺激为阈上刺激阈上刺激、比阈强度弱的刺激为、比阈强度弱的刺激为阈下刺阈下刺激激，前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发，前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发APAP，在细胞膜内施，在细胞膜内施加负相电流（或膜外施加正相电流）刺激时，会引起超极化，不加负相电流（或膜外施加正相电流）刺激时，会引起超极化，不会引发会引发APAP；相反，会引起去极化，引发；相反，会引起去极化，引发APAP；后者只能引起低于；后者只能引起低于阈电位的去极化（即局部电位）不会引发阈电位的去极化（即局部电位）不会引发APAP。刺激的作用时间：刺激的作用时间：无论刺激强度多大，要使可兴奋组织兴奋，刺无论刺激强度多大，要使可兴奋组织兴奋，刺激激必须有足够时间。必须有足够时间。在一定范围内，刺激强度越小，需要的刺激在一定范围内，刺激强度越小，需要的刺激时间就越长。时间就越长。刺激强度变化率刺激强度变化率：必须有足够的强度变化率。必须有足够的强度变化率。第32页/共64页33力量速度曲线力量速度曲线缩短速度(cm/s)VmaxPo10 20 30 40 50 60负荷(g)肌肉收缩的快慢和所克服肌肉收缩的快慢和所克服的外部阻力相关的外部阻力相关.当负荷较当负荷较小时小时,肌肉收缩速度加快肌肉收缩速度加快;当负荷较大时当负荷较大时,肌肉收缩速肌肉收缩速度减慢度减慢.。肌肉收缩速度取决于能量释放速度和肌球蛋白ATP酶活性;而肌肉收缩时所产生的张力大小,取决于活化的横桥数目.第33页/共64页34 第第4节节 肌电图与神经电图肌电图与神经电图 肌电：骨骼肌在兴奋时，会由于肌纤维动作电位的传导和扩布而发生电位变化，这种电位变化称为肌电。肌电图：用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导、放大并记录所得到的图形，称为肌电图（Electromyogram,EMG)。为医学诊断和科学研究提供可靠的依据。第34页/共64页35肌肉动作电位的记录可以使用安置在肌肉上的皮肤电极，也可以使用插入肌肉的针电极。皮肤电极可以收集到肌肉和神经干上的综合的电活动，针极收集到的是在针极周围有限范围内的运动单元电位的总和。进行肌电诊断所需要的仪器包括电极、放大器、显示器、扩音器、记录器以及储存各种数据的部件。第35页/共64页36 容积导体指三维尺寸不能忽略的大块导体，如人体。人体中的结缔组织和间质液体都是围绕电源的容积导体物质。解容积导体中的电流分布问题,须用欧姆定律的微分形式 j=E，它确定导体中任一点的电流密度j和该点的电场强度E的关系,是导体在该点的电导率。在稳定电流情况,j、E以及电荷分布都不随时间改变,所以j=E式中的E指的是静电场,解决问题的途径应当是由空间的电荷分布利用库仑定律求出导体中的电场分布,再由j=E式定出电流分布。容积导体第36页/共64页37容积传导电场从电源处扩散，电源由一个偶极子表示，也就是一对正、负电荷。在一容积导体中，电流以最大的密度、呈直路流进这个偶极子的正负两极之间的、无数通道之中。电流的降低与离开电源的距离的平方成正比。因此，两个记录电极(一个为活动电极，位于高电流密度区;一个为参考电极，位置较远)之间，由于偶极子的作用产生了电压差。不管是记录正、还是负电位，都取决于电极与带相反电荷的偶极子的空间方向。决定电位波幅的因素包括:电荷密度、偶极子的表面面积及其与记录电极之间的距离远近。第37页/共64页38肌电图（EMG）将单个或多个细胞在各种功能状态下的生物电活动加以拾取、放大、记录和显示，通过对肌电位或整体图形分析，以诊断疾病或评定肌肉、神经功能的方法，称为肌电图检查法。细胞的电性质形成了临床肌电图学的基础。用同心圆针极记录的肌肉动作电位，是通过容积导体在细胞外所记录到的、一个正相起始的三相电位，这是冲动接近、到达、以及离去记录电极时形成的。在不同的肌肉部位测到的运动单位电位(motor unit potential,MUP)由于MU与记录针尖的距离不同而不同。如果用一个很小面积的电极，只要针极离开电的起源 lmm就会使波幅下降到只有原来的 1/10。正常情况下，神经冲动使一个 MU的所有肌纤维同步放电，产生一个 MUP。但在失去神经的肌肉中就不复如此。它们会 自发地发放电位，也就是纤颤电位。第38页/共64页39 对一块肌肉进行肌电图测定，一般分四个步骤:插入电位插入电位，将记录针极插入肌肉所引起的电位变化;静息期，观察肌肉在不收缩时是否有异常自发电活动;MUP，这是在受试者轻微收缩时所测定的;大力收缩时引出募集电位募集电位。第39页/共64页40第40页/共64页41第41页/共64页42第42页/共64页43第43页/共64页44以往我们使用传统肌电图同心圆针极所测定到的是一个 MUP，但是不能测到一个 MU内的单个肌纤维状况，因为同一MU的肌纤维是同步性发放的。单纤维肌电图(SFEMG)则能够解决这个间题，它可以测定一个MU内的单个肌纤维在细胞外的电位。因此，SFEMG技术对EMG学的贡献是很大的。它使我们进一步了解肌肉的生理和病理生理;在临床方面，SFEMG也有进一步的测定效能，这就是:肌纤维密度，即在记录范围内的单纤维电位数目;测知肌电颤抖，即同一MU中肌纤维之间的电位传导变化。单纤维肌电图单纤维肌电图第44页/共64页45第45页/共64页46神经电图神经电图应用一定参数的电流对神经刺激，引出肌肉或神经的动作电位，计算传导速度，或研究各种诱发电位出现的时间，电位波形、时限和波幅等参数，以诊断疾病、评定神经肌肉功能的方法称为神经电图。第46页/共64页47运动神经传导速度测定运动神经传导速度测定在运动神经路径的两个点上，用超强电量进行刺激，在该神经所支配的肌肉上记录诱发电位。运动神经传导速度=两点之间的距离/两点之间潜伏期之差速度（V）两个刺激点的距离（S)/两个刺激点从刺激开始到肌肉收缩开始的时间差（t)第47页/共64页48尺神经运动神经传导速度的测定尺神经运动神经传导速度的测定S1S1：肘部的刺激电极：肘部的刺激电极 S2S2：腕部的刺激电极：腕部的刺激电极 R R：记录电极：记录电极 第48页/共64页49POSTERIOR TIBIAL MOTOR/AHDistance=14cmPERONEALMOTOR/EDBDistance=7cm第49页/共64页50感觉神经传导感觉神经传导与运动神经传导测定不同，没有神经肌肉接头和肌肉参与在神经纤维的一点进行刺激，沿着该神经不同点记录动作电位。第50页/共64页51仿生人第51页/共64页525功能性神经肌肉刺激功能性神经肌肉刺激(FNS)如果一对表面电极对运动神经施加刺激而产生动作电位，它将传递到受神经支配的肌肉并出现收缩。肌肉对于人为产生的神经信号的反应和对自然产生的信号的反应一样。例如，脊髓损伤的病人，由于脊髓断裂，大脑产生的信号不能传递到所要求的运动神经，这时所支配的肌肉就处于瘫痪状态：其实这些肌肉的其他方面可能都正常，如同样能够兴奋和收缩。此时，人为加在神经上的信号可引起肌肉的反应。FNS的目的是设计一种刺激运动神经元的方法，以此产生所期望的肌肉收缩。第52页/共64页53功能电刺激装置受激肌肉的数学模型FNS控制方法Muscle and nerve physiologyElectrical engineeringElectrical safetyBiomechanicsControl systemsFNS第53页/共64页54功能电刺激装置电极表面电极经皮电极神经套电极刺激器提供合适的电刺激脉冲序列的装置。传感器第54页/共64页55Example for an implantable multichannel FNS systemFunctions of the wearable processor:Processing of biomechanical parameters(joint angles,foot contact);Generation of control signals;Maintain joint force against the muscle fatigue.Stimulation with transcutaneous electrodes:Widely used(no surgical intervention is required)Poor selectivelity and reachibility of deep located musclesGreat values of the stimulation voltage is required.第55页/共64页56Response of the locomotor(运动)system to the FESIndividual character(black box)Methods for parameters identificationA./gripping force/electrical stimulus第56页/共64页57B./Elbow flexion force/FESC./Experimental parameterization of lower extremity for FES control第57页/共64页58受激肌肉的数学模型肌肉的模型反映了输入刺激量（脉宽、脉频、脉幅）与输出力或力矩的关系静力学模型非线性动态模型第58页/共64页59Development of the strategies for FES based on the modeling of the anatomical structure and location of muscles and tendonsKnowing the location of the stimulated muscles and the average force,produced during their stimulation,an efficient FES strategy can be developed.(a)Anatomical location of the muscle to be stimulated;(b)Simple model of the Rectus femoris muscle;(c)mechanical model of the Rectus femoris muscle.第59页/共64页60Description of the FNS signalThe current of the FNS depends on the proximity of the electrodes to the target muscle tissue.Typically 1-50 mA.Pulse repetition rate(frequency)pulse width(duration),amplitude.Stimulus strength is related to the charge density.charge density=current time/arearange of 10-300 mC cm2第60页/共64页61Pulsed waveformMonophasic or biphasic pulsesBurst(carrier)signal reduction of the potential painSufficient current in the target area for a length of time(100 600 mS)Pulse amplitude depends on the size of the electrode and the degree of current spread between the electrode and targets.Current generator:Produce regulated current between 0 and 60 mA;Voltage from 0 to 180 VMaximum 50 pulses per second to prevent the fast fatigueLow duty-cycle to maintain the charge balance and to minimize the risk of tissue damageOptimal stimulation of the concrete muscle group very important condition for successful FNS.Requires knowledge of the response of each muscle to stimulation and knowledge of the muscle fatigue.第61页/共64页62The time delay between muscle stimulation and muscle activation is called the neural dynamics.Non-linear relationship between input activation and generated joint torque(depends on the joint angle,the joint velocity and acceleration).Limb dynamics depends on the mass and inertia characteristics of the limb.Block diagram of FNS model第62页/共64页63University and Medical Center in Ljubljana,Slovenia peritoneal nerve stimulators,applied to over 2500 people;gait simulators(four channels),applied to over 100 people with spinal cord injuries;Case Western Reserve University,the Cleveland Metro Health Center,and Cleveland Veterans Affairs Medical Center development of peritoneal and implanted systems for functional grasp,applied to 50 people with quadriplegia;Cleveland Metro Health Center and Cleveland Veterans Affairs Medical Center complex gait for about 30 people with paraplegia.Some research institutions where significant FES research results are achieved:第63页/共64页64美国研究人员利用纳米技术构建了一个碳纳米管神经键电路。在试验中，这个电路呈现出美国研究人员利用纳米技术构建了一个碳纳米管神经键电路。在试验中，这个电路呈现出大脑基本构成单位神经元的机能。大脑基本构成单位神经元的机能。美国每日科学网站日前报道说，加利福尼亚南部大学工程学研究人员采用交叉学科研究方美国每日科学网站日前报道说，加利福尼亚南部大学工程学研究人员采用交叉学科研究方法，将电路设计与纳米技术结合在一起，以解决具备大脑机能这一复杂问题。法，将电路设计与纳米技术结合在一起，以解决具备大脑机能这一复杂问题。领导这个研究小组的艾丽斯领导这个研究小组的艾丽斯帕克教授从帕克教授从2006年开始研究开发人造大脑的可能性。她说：年开始研究开发人造大脑的可能性。她说：“我们想要解答这样一个问题：能否构建一个电路，使其发挥神经元的作用？下一步就更我们想要解答这样一个问题：能否构建一个电路，使其发挥神经元的作用？下一步就更为复杂。我们如何用这些电路构建一些结构来模仿拥有为复杂。我们如何用这些电路构建一些结构来模仿拥有1000亿个神经元、每个神经元上亿个神经元、每个神经元上有有1万个神经键的大脑的机能？万个神经键的大脑的机能？”帕克强调，真正开发出人造大脑甚至只是大脑的某个功能区域还需要几十年时间。她说，帕克强调，真正开发出人造大脑甚至只是大脑的某个功能区域还需要几十年时间。她说，研究小组面临的下一道障碍是在电路中复制出大脑的可塑性。研究小组面临的下一道障碍是在电路中复制出大脑的可塑性。帕克说，在人的一生中，人脑不断制造新的神经元，建立新的联系并调整适应。利用类似帕克说，在人的一生中，人脑不断制造新的神经元，建立新的联系并调整适应。利用类似电路复制这一过程将是一项浩大的工程。电路复制这一过程将是一项浩大的工程。她认为，为了解人类智力发展进程而进行的持续研究可能对许多事情具有长远影响，从开她认为，为了解人类智力发展进程而进行的持续研究可能对许多事情具有长远影响，从开发治疗脑外伤的纳米修复术到开发能够以全新方式保护司机的智能安全汽车。发治疗脑外伤的纳米修复术到开发能够以全新方式保护司机的智能安全汽车。美研究人员利美研究人员利用纳米技术构用纳米技术构建人造大脑取建人造大脑取得进展得进展(2011-4-22日日)第6