1. Liikkeen motorinen kontrolli ja EMG
Juha-Pekka Kulmala

2. J-P 2009
Tavoitteet
2
 hahmottaa tahdonalaisen liikkeen syntyminen ja
kontrollointi
 oppia lihaksen sähköisen aktiivisuuden (EMG)
perusteet ja sen mittaaminen
 kävelyn aikainen EMG

3. Motorinen kontrolli
J-P 2009

4. J-P 2009
Luurankolihasten tehtävät
4
 Liikkuminen
 Asennon ylläpito

5. J-P 2009
Liikkeen syntyminen
5
 Liikekäsky syntyy aivojen
motorisella kuorella
 AP:n kulku:
 aivot
 selkäytimenmotorinen neuroni
 α-motoneuroni
 lihas

6. J-P 2009
Liikkeen motorinen säätely
6
Tarkat ja monimutkaiset liikkeet Motoriset perustoiminnot
 Vaativat suurta supraspinaalista  Hengittäminen, nieleminen,
kontrollia tasapainon ylläpito, kävely jne.
 Mitä oudompi tai monimutkaisempi  Motorinen toiminta automatisoitunut
liike, sitä enemmän prisessointia se  ei tarvitse ajatella liikkeen
vaatii suorittamista
 Toiminta edellyttää kuitenkin
monimutkaisten neuraalisten
mekanismien toimintaa, jotka saavat
aikaan lihasten koordinatiivisen
supistumisen ilman supraspinaalista
kontrollia.

7. J-P 2009
Liikkeen motorinen säätely: CPG
7
 Keinotekoinen selkäytimen neuronien stimulointi voi
saada aikaan esim. kävelyä muistuttavia liikesarjoja.
 Ilmiön perusteella on syntynyt käsite central pattern
generators (CPG).
 CPG
 Spinaalinen hermoverkosto, jolla tuotetaan rytmisiä
perustoimintoja, kuten esim. hengitys, nieleminen ja
käveleminen.
 Liikesarjojen ajatellaan syntyvän siten, että aktiopotentiaalit
kiertävät hermoverkoissa tiettyjä johtoratoja pitkin saaden
aikaan agonisti- ja antagonistilihasten rytmisen supistumisen.

8. J-P 2009
Supraspinaalinen kontrolli vs. CPG
8
 Supraspinaalisessa kontrollissa käsky
aivoista erikseen jokaiseen lihakseen

9. J-P 2009
Supraspinaalinen kontrolli vs. CPG
9
 CPG:
Yleinen liikekäsky aivoista spinaaliselle
tasolle
AP:t järjestyksessä eri lihaksiin
rytminen liike CPG

10. J-P 2009
Liikkeen motorinen säätely
10
CPG-teorian mukaiset valmiit liikemallit tekevät
liikkumisen mahdolliseksi ilman sensorista järjestelmää
 tällöin liikkeet ovat nykiviä ja kömpelöitä
 Liikkeen säätely tapahtuu sensorisen
palautteen (feedback) avulla
keskushermoston (CNS) ja
selkäydintason refleksitoimintojen
yhteistyönä.

11. J-P 2009
Feedback
11
 Liikkumisen kannalta tärkeimmät sensoriset järjestelmät:
 somatosensorinen järjestelmä
 koostuu iho-, nivel- ja lihasreseptoreista
 vestibulaarinen
 sisäkorvan tasapainoelin
 visuaalinen

12. J-P 2009
Refleksit
12
 Monosynaptinen vs. polysynaptinen refleksi

13. J-P 2009
Refleksit
13
 Polysynaptinen refleksi
 Kävelyssä resipro-
kaalinen inhibitio

14. EMG (electromyography)
J-P 2009

15. J-P 2009
Lihaksen sähköisen aktivaation synty
15

16. J-P 2009
Lihaksen sähköisen aktivaation synty
16

17. J-P 2009
Lihaksen sähköisen aktivaation synty
17
 Lihassolukalvon depolarisaatio

18. J-P 2009
EMG:n perusteita
18
 EMG tarkoittaa lihaksen sähköisen aktivaation
rekisteröintiä
 Voidaan mitata pinta-, lanka- ja neulaelektrodeilla
Pintaelektrodi

19. J-P 2009
EMG:n perusteita
19

20. EMG-signaali
Mitataan elektrodin napojen
välistä jännitteen vaihtelua
- Signal = Volts (A-B)
α-mn +2
A-B
= (+1) - (+1)
=0
A -2
B
+ + + + ++ + + + ++ + + ++
+ + + + + + + ++ +
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - -
20 Lihassolu
made by Jouni Kallio

21. EMG-signaali
- Signal = Volts (A-B)
α-mn +2
A-B
= (+1) - (+1)
=0
A -2
B
+ + + + ++ + + + ++ + + ++
- - + + + + + ++ +
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
+ + - - -
21 Lihassolu
made by Jouni Kallio

22. EMG-signaali
- Signal = Volts (A-B)
α-mn +2
A-B
= (-1) - (+1)
= -2
A -2
B
- - + + ++ + + + ++ + + ++
+ + + + + + + ++ +
- - - - + + - - - - - - - - - - - - - -
- - - - -
22 Lihassolu
made by Jouni Kallio

23. EMG-signaali
- Signal = Volts (A-B)
α-mn +2
A-B
= (+1) - (+1)
=0
A -2
B
+ + - - ++ + + + ++ + + ++
+ + + + + + + ++ +
- - - - - - + + - - - - - - - - - - - -
- - - - -
23 Lihassolu
made by Jouni Kallio

24. EMG-signaali
- Signal = Volts (A-B)
α-mn +2
A-B
= (+1) - (-1)
= +2
A -2
B
+ + + + + - - + + ++ + + ++
+ + + + + + + ++ +
- - - - - - - - - + + - - - - - - - - -
- - - - -
24 Lihassolu
made by Jouni Kallio

25. EMG-signaali
- Signal = Volts (A-B)
α-mn +2
A-B
= (+1) - (+1)
=0
A -2
B
+ + + + ++ + + + + - - + ++
+ + + + + + + ++ +
- - - - - - - - - - - - - - + + - - - -
- - - - -
25 Lihassolu
made by Jouni Kallio

26. EMG-signaali
Lihassolukalvon johtumisnopeus
määrää signaalin “terävyyden”
= taajuus
α-mn +2
A-B
= (+1) - (+1)
=0
A -2
B
+ + + + ++ + + + ++ + + ++
+ + + + + + + ++ +
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - -
26 Lihassolu
made by Jouni Kallio

27. J-P 2009
EMG:n käsittely
27
1.  1. Raaka EMG (raw)
2.  2. Tasasuuntaus (rectify)
3.
 3. Integrointi (iEMG)
 4. keskiarvo (aEMG)
4.

28. J-P 2009
EMG:n normalisointi
28
 EMG-signaalin voimakkuuteen vaikuttaa neuraalisen
aktivoinnin lisäksi:
 lihasmassan määrä
 ihonalaisen rasvakudoksen paksuus
 elektrodien rakenne
 elektrodien sijainti
 Seurantatutkimuksissa EMG pitää aina normalisoida
signaalin voimakkuuteen vaikuttavien tekijöiden
sulkeminen pois

29. J-P 2009
EMG-voima -suhde
29
 Motoristen yksiköiden rekrytointi (size principle)
EMG lisääntyessä voima nousee tasaisesti
EMG
Voima

30. J-P 2009
EMG-voima -suhde
30
 Suhde lineaarinen

31. J-P 2009
Motorisen yksikön rekrytointi kynnys
31
SIZE PRINCIPLE
 Hitaat [Tyyppi I] ensin
 Keskisuuret [Tyyppi IIa] yksiköt sitten
 Suuret [Tyyppi IIb] viimeisenä
 Pystyviiva osoittaa MY:n syttymisen.
Ensin lisätään syttymistiheyytta jonka
jälkeen rekrytoidaan uusia yksiköitä.
 Nopeat otetaan pois käytöstä ensin, kun
voimantuottoa vähennetään
 huomaa sama voimataso kuin
rekrytoinnissa!

32. J-P 2009
EMG:n ajoitus suhteessa voimantuottoon
32
 Ramppisuoritus
• Ajoitus: voima nousee EMG:n
kanssa samaan tahtiin
 Pallistinen liike/ luonnollinen liike
• EMG alkaa ennen
voimantuottoa eli lihasta
esiaktivoidaan
• Liittyy venymis-
lyhenemissyklukseen

33. J-P 2009
EMD (electromechanical delay)
33
The EMG signal shown above is from the soleus of a cat during
gait. The force was measured directly from the achilles tendon.
Notice that the EMG starts about 70 ms prior to force and that
the EMG ends about 70 before the force ends.

34. J-P 2009
EMG ja lihasväsyminen
34
 Submaksimaalisessa tilanteessa:
 EMG ↑ , voima pysyy samana
 Maksimaalisessa tilanteessa:
 EMG↓, voima ↓

35. EMG kävelyssä
Juha-Pekka Kulmala
J-P 2009

36. J-P 2009
Aktivaatiojärjestys
36

37. J-P 2009
Alkukontakti
37

38. J-P 2009
Kuormitusvaste
38

39. J-P 2009
Keskitukivaihe
39

40. J-P 2009
Päätetukivaihe
40

41. J-P 2009
Esiheilahdus
41

42. J-P 2009
Alkuheilahdus
42

43. J-P 2009
Keskiheilahdus
43

44. J-P 2009
Loppuheilahdus
44

45. J-P 2009
Kävelynopeuden vaikutus
45

46. J-P 2009
Raw EMG askelkontaktin aikana
46

47. J-P 2009
Raw EMG askelkontaktin aikana
47

48. J-P 2009
Venymis-lyhenemissyklus ja
48
esiaktiivisuus
 Luonnolliselle liikkumiselle on ominaista lihas-
jännekompleksin nopea venytys ennen konsentrista
supistusvaihetta (venymis-lyhenemissyklus = SSC,
stretch-shortening cycle)
 Elastisen energian hyödyntäminen
 Vaatii lihaksen esiaktiivisuutta, jonka avulla elastinen
energia varastoituu mm. jänteeseen ja vapautuu
konsentrisessa vaiheessa
 lihaksen voimantuotto, liikkumisen tehokkuus sekä
hyötysuhde lisääntyy

49. J-P 2009
Venymis-lyhenemissyklus
49

50. J-P 2009
Esiaktiivisuus
50
 Voimantuottovaatimusten
lisääntyessä esiaktiivisuus
nousee

51. J-P 2009
Esiaktiivisuuden merkitys
51
reaktiovoimaan kävelyssä

52. J-P 2009
Mitä EMG:llä tutkitaan?
52
Liikkuminen
Kuormittuminen
Harjoittelun vaikutukset
Immobilisaation vaikutukset
Lihasväsyminen
Ikääntymisen vaikutukset

53. J-P 2009
Liikkuminen
53
 Aktivointijärjestys/ajoitus/määrä

54. J-P 2009
Liikkuminen
54
 Agonisti-antagonisti -aktiivisuus (co-
contraction / co-activation)

55. J-P 2009
Lihasaktiivisuuden määrä
55

56. J-P 2009
Kuormittuminen
56
Esim.
Lihasjännitys toimistotyössä EMG nostosuorituksessa
Tamminen-Peter 2005.

57. J-P 2009
Harjoittelu, immobilisaatio, väsyminen
57
 Harjoittelu  EMG↑
 Immobilisaatio  EMG ↓
 Lihasväsyminen  EMG ↓
 Ikääntyminen  EMG ↓

58. J-P 2009
Iän myötä..
58
 EMG laskee

59. J-P 2009
Selän dynaaminen testi
59

60. J-P 2009
Muita sovelluksia
60
 Aktiopotentiaalin
johtumisnopeuden mittaus
 neurologiset dignoosit
 ikääntyminen ↓
 hermo-lihasjärjestelmän
väsyminen ↓
 kylmä ↓

61. J-P 2009
61

62. J-P 2009
62

63. J-P 2009
63

64. J-P 2009
64