[근육] EMG (배경지식 & 실험결과)

실험 날 2015년 9월 18일 금 

배경 지식

1-1   운동 단위(Motor units)

  골격근(Skeletal muscles)은 물리적인 일을 한다. 근육이 수축하면 물건을 움직일 수 있는 힘을 낼 수 있다. 어떤 물건을 움직이기 위해서는 충분한 힘을 내야한다.

      골격근을 구성하는 근섬유에는 어느 섬유에도 운동 신경이 분포되어 있는데 한 가닥의 운동 신경의 말단은 많은 가지로 나뉘어져 있으며, 많은 경우는 100가닥 이상의 근섬유에 분포되어 근섬유들을 지배한다. 운동뉴런이 흥분하면 그 지배 하의 근섬유는 거의 동시적으로 흥분하거나 수축된다. 이와 같이 한 가닥의 운동 신경에 지배되는 신경과 근섬유와의 그룹을 운동 단위라고 한다.

뇌나 척수가 근육의 운동단위를 활성화 시킬 때 근섬유는 수축된다.

      근섬유(Muscle fibers)는 수백 개의 운동단위로 이루어져 있다. 근섬유가 기계적인 일을 해냈을 때는 뇌에 의해 활성화된 근육의 많은 운동단위가 일을 하기에 적절한 양일 때이다. 일의 양이 많을수록 활성화된 운동단위는 많다.

1-2 활동 전위(Action potential)

     생물체의 세포나 조직이 활동할 때 일어나는 전압 변화. 세포막에 존재하는 나트륨·칼륨 등은 이온 펌프 활동을 통해 세포 안팎의 이온 조성 차이를 지속시킨다. 이러한 이온 조성차로 세포막 내부 쪽이 60∼90㎷의 음전위(정지전위)를 띠게 된다. 신경·근육 등의 흥분성 세포가 작용하면 세포막 안팎의 극성이 변하여 세포 안이 30∼40㎷의 양전위로 전위되는데, 이때의 전위를 활동전위라고 한다.

                          

1-3  운동 단위 보충(Motor unit recruitment)

      계획된 작업을 수행하기 위한 운동 단위의 순차적인 활성화를 운동 단위의 보충이라고 한다.

      우선, 뇌는 필요한 근섬유에서 몇몇 운동 단위를 활성화시킨다. 근육으로부터 감각정보가 힘이 모자라다 고하면 뇌는 감각정보가 물체를 움직였다고 할 때까지 추가로 운동단위를 활성화시킨다. 가벼운 물체를 들면 뇌는 같은 수의 운동단위를 자극하지만 다른 운동단위 사이에 순환한다.

     근섬유는 근육에 저장된 에너지를 소비하고, 수축함으로써 힘을 낸다. 계속 수축하려면 더 많은 에너지가 만들어 져야 한다. 다른 운동단위를 사용함으로써 운동단위는 긴장을 풀 수 있고 에너지를 보충할 수 있다.

1-4   골격근의 피로(Skeletal muscle Fatigue)

     격심하게 최대로 일하거나 만성적인 일을 반복적으로 수행하는 근섬유는 결국 피로할 것이다. 피로란 힘을 생산하는 근육의 능력저하를 의미한다.

      피로의 원인은 근육 연료 공급의 고갈이다. 만약 근육이 세포의 신진대사에 의해 생산할 수 있는 것보다 빨리 에너지를 사용하면 피로가 일어난다. 수축하는 동안, 근섬유는 화학에너지를 열과 기계에너지로 변환하고, 그 과정에서 화학적 노폐물이 만들어진다. 보통 근육으로부터의 노폐물은 피가 에너지 변환을 위해 영양소를 공급할 때 순환계에 의해 제거 된다. 만약 특정한 노폐물이 적절한 비율로 제거되지 않는다면, 그것들은 축적되어 화학적으로 근섬유의 수축과정을 간섭할 것이다. 그럼으로써 피로는 시작된다. 몇몇 축적된 노폐물은 둘러싸인 연결된 세포내의 통증 수용기를 자극하여 골격근의 경련을 일으킨다. 이것은 근육에 흐르는 부적절한 혈액흐름의 일반적인 신호이다.

1-5  근전도 검사(Electromyography)와 동력측정법(Dynamometry)

     운동단위가 활성화되면 구성 근섬유들은 그 섬유들을 수축시키는 전기적 자극을 만들어낸다. 비록 그 전기적 자극은  100uV로 매우 미약하지만 동시에 동작하는 많은 근섬유들이 피부 아래에서 전위차를 발생시킨다. 그것은 전극에 의해 검출하기에 충분하다. 근섬유 수축에 의하여 발생된 피부 전위차의 발생을 검출하고 증폭하고 기록하는 것을 근전도 검사라고 한다. 그리고 그 얻어진 기록을 근전도(EMG)라고 한다.

      동력측정법이란 일률의 측정을 의미하고, 동력측정법에 의해 기록된 그래프를 다이나그램(dynagram)이라고 한다. 이번 실험에서 악력 근육(clench muscles)의 수축의 일률이 전기적 변환기가 있는 손 동력측정계에 의해 측정될 것이다.

 

실험 목표

오른손과 왼손의 최대 악력을 측정하고 남자와 여자의 차이를 비교해본다.

실험 부품 및 장비

Ø  BIOPAC 악력계 (SS25LA or SS25L)

Ø  BIOPAC 헤드폰 (OUT1)

Ø  BIOPAC electrode lead set (SS2L)

Ø  BIOPAC disposable vinyl electrodes (EL503), 6 electrodes per subject

Ø  BIOPAC electrode gel (GEL1) and abrasive pad (ELPAD) or Skin cleanser or Alcohol prep

Ø  Computer system

Ø  BIOPAC Student Lab software

Ø  BIOPAC acquisition unit (MP30) with associated cables

  실험 순서

1.     피실험자의 오른손과 왼손 팔에 전극을 붙이고 연결 선(SS2L)을 연결한다.

2.     주먹을 쥐면서 팔에 최대한 강하게 쥐고 그 힘을 유지해본다.

3.     오른손과 왼손 각각 세 번씩 2번 과정을 반복한다.

4.     데이터의 값을 측정하여 표에 정리한다.

*오른손 측정

*왼손 측정

*결과 표

횟수	오른손 [mv]				왼손 [mv]
	min	max	p-p	mean	min	max	p-p	mean
1	0.00332	1.03394	1.78955	0.00085	0.00781	0.72876	1.30798	-0.00305
2	0.00982	0.85266	1.54541	-0.00079	0.01312	0.92896	2.04102	-0.00036
3	0.00413	0.73242	1.76025	-0.00043	0.01413	0.77759	1.59485	0.00047

 결론

1.     힘을 주면 팔의 전압이 올라가는 이유는 운동단위의 다발인 근섬유에 일을 시키기 위해서 뇌가 명령을 내릴 때 전기적인 신호인 활동전위가 발생하기 때문이다. 손이 큰 힘을 주려면 큰 활동전위가 발생하고 약한 힘을 주면 작은 활동전위가 발생하는 것을 볼 수 있었다.

2.     최대 악력을 주었을 때 각각 오른손은 평균 0.8730mV가 발생하였고 왼손은 평균 0.8117mV가 발생하였다. 이로부터 오른손의 악력이 조금 더 크지만 비슷한 것을 볼 수 있었다.

고찰

1.     신체의 전기적 신호를 실제로 측정해봤는데 이러한 생물적인 신호를 잡아내기 힘들 줄 알았는데 생각했던 것 보다 결과가 잘 나왔다.

2.     손에 힘을 주면 올라가는 활동전위를 기계에 필요한 신호로 이용 할 수 있을 것 같다.

[BEEL]- 안유진 Previous Report 2015-09-18.docx

[BEEL]- 안유진 Result Report 2015-09-24.docx