肌電圖的基本原理

肌電圖（electromyographt，簡稱 EMG）可用在肌肉動作的研究，透過顯 示肌電訊號可用來描述與分析肌肉的狀況。 許多肌細胞稱為一個運動單位（motor unit）(參見圖 3)。位於軸突末端接觸 的肌肉細胞膜具有特化的性質，稱為運動終板（motor endplate），而軸突 末端與運動終板的連結稱為神經肌肉連結（neuromuscular junction）。

當刺激電位抵達軸突的末鞘造成運動終板的去極化，引發可被電極偵測 到的肌肉細胞動作電位（muscle fiber action potential），進而產生肌肉 的收縮（參見圖 4）。假設在時間等於 0 的時候產生一動作電位刺激肌肉，電 位發出刺激與肌肉產生收縮之間會有一段時間差，大約是 10ms。骨骼肌肌細 胞上的刺激電位持續時間在 1-2ms，在還沒有機械活性開始前就已經結束。一 旦啟動，接在電位後產生的機械活性可持續 100ms 或更長的時間。

收縮的肌肉施加於外界的力量俗稱--張力（tension）。運動神經元所產 生肌肉刺激電位稱為—運動單元動作電位（motor unit action potential）。

固定單元的肌肉細胞在張力活性進行中，對接踵而來的電位刺激會增加其張

1.時域分析（Time domain analysis）

時域分析的評估方法包括均方根值（Root Mean Square，RMS）與全波整 流（full-wave rectification）的肌電活動（electrical activity，EA）。

這兩種方法主要都是在運算一段時間內訊號的強度（amplitude）；在相對條 件下肌電訊號強度越強代表肌肉施力越多。使用 RMS 計算肌電訊號強度，多 是將肌電訊號輸入電腦中再進行軟體分析。EA 分析則是搭配於硬體中，擷取 EMG 訊號後經過全波整流與低通濾波所獲得的結果。

2.頻域分析（Frequency domain analysis）

將時域的 EMG 訊號經過快速傅利葉方法（Fast Fourier Transform， FFT）

所得到全部時間的頻譜圖形，稱為功率頻譜密度（power spectral density，

PSD）。在肌電訊號頻譜分析中，最常被使用的是中位頻率（Median Frequency，

MDF）以及平均頻率（Mean Power Frequency，MPF），此兩參數代表其功率 頻譜的平均頻率值。

由於肌電分析的一部份，是要獲得 EMG 訊號在時間上的變化，因此當擷 取下來一長串的 EMG 訊號後，多會將訊號以相同的訊號點數，分割成許多小 片段（window），並且計算每個片段訊號的 EA、RMS、MDF、MPF 等等數值。

如此便可知道在不同時間片段中肌肉的收縮強度與頻率的表現。

肌肉在持續收縮過程中，隨著時間的進行，肌肉會出現疲乏的現象，動 作電位傳導速率會下降，其功率頻率（power spectral）會向低頻位移；也 就是肌電訊號低頻部分功率密度（power spectral density）提高而高頻部 分降低。以往的研究已指出，在一些疲勞或癱瘓的肌肉，中位頻率及平均頻 率會出現向低頻位移的現象(Lee, Fu et al. 1994; Finsterer 2001; Toffola, Sparpaglione et al. 2001; Lin, Liang et al. 2004) (Roberto Merletti, Philip Parker 2004) 。

第八節 肉毒桿菌神經毒素作用後肌電圖訊號的變化

注射不同劑量的肉毒桿菌神經毒素 A 型於大白鼠 tibialis anterior muscle（0.02 ~ 20.0 units），並於腓神經（peroneal nerve）包埋電極給 予電刺激，之後觀察肌肉切片 glycogen 含量：若肉毒桿菌神經毒素阻斷神經 肌肉訊息的效果越佳，則肌肉對電刺激的反應會越差，且肌肉切片 glycogen 含量也會越高。實驗結果結果顯示：1.最有效的注射位置：注射點越接近肌 肉 motor endplate 區域，其效果越好。2.隨著注射的劑量越高，肌肉癱瘓的 程度越大；但是當劑量超過 5.0 units 時，肌肉癱瘓的程度就沒有再顯著的 增加(Shaari and Sanders 1993)。

注射肉毒桿菌神經毒素 A 型於大白鼠後肢屈肌，並連續記錄肌電訊號 28 週，結果顯示：注射 botox 後 5~7 天，電位振幅 CMAP（compound muscle action potential amplitude）和肌肉力量（muscle force）均顯著下降；接著逐漸 以線性的關係逐漸地復原。電位振幅和肌肉力量下降的程度和復原的速度和 botox 注射劑量有關；且電位振幅的恢復會優先於肌肉力量的回復。對側控制 組的後肢屈肌則沒有顯著的變化發生(Cichon, McCaffrey et al. 1995)。

注射肉毒桿菌神經毒素 A 型於大白鼠咽部肌肉，並於注射前及注射後三

著地下降。劑量越高（0.0007~0.7 U），聲帶運動及肌電訊號下降情形越顯 著；而當劑量超過 0.7 U（0.7 ~7U）將造成大鼠窒息死亡。肉毒桿菌神經毒 素劑量大於 0.07 U 時，藥劑也會滲透至對側咽部肌肉，並影響對側控制組肌 肉的活動(Inagi, Connor et al. 1998)。

注射肉毒桿菌神經毒素 A 型與 F 型於大白鼠腓腸肌的實驗發現：在相同 劑量的條件下，A 型肉毒桿菌對於神經訊息傳遞阻斷的程度（neuromuscular blockade）與作用時間(time course)均優於 F 型肉毒桿菌。其中，A 型肉毒 桿菌對於抑制肌電訊號的作用期間平均約為 90~110 天；且劑量越高，阻斷肌 電訊號的功效越好，藥效也越長。在劑量方面：0.625~1.25 u 的 A 型肉毒桿 菌最大可造成 80%肌電訊號的阻斷；而 2.5u~10u 的劑量，最大可阻斷 90%~99%

的肌電訊號(Billante, Zealear et al. 2002)。

以每公斤體重施打6 units Botox 之注射劑量，注射A型肉毒桿菌神經毒 素於青春期大鼠腓腸肌的實驗發現：注射後1~2週，肌肉重量、肌電訊號、肌 肉強直力強度均顯著大幅降低；注射後六個月，肌肉重量、肌電訊號、肌肉 強直力強度則回復至控制組大小。其中，肌電訊號（電位振幅及積分面積）

注射後三天下降至最低值（約控制組的28%）；注射後2~4週開始有回復現象；

注射後三個月恢復至控制組的82%；注射後六個月恢復至控制組97% (Ma, Elsaidi et al. 2004)。

注射肉毒桿菌毒素於中風患者上肢肘關節、腕關節、脂關節。結果顯示 注射肉毒桿菌毒素後四週及十二週時，肌電圖檢查發現靜止時平均動作電 位、自主最大收縮時動作電位、每秒轉折數皆較注射前有明顯的降低。注射 四週後，肘關節與腕關節的快速活動度與慢速活動度皆有顯著的增加，但在 十二週時此效應便減弱。而手指關節及掌指關節的快速活動度與慢速活動度 不論是在四週時及十二週時增加並不明顯(Chiao-Wen Hwang et al.,2004)。

注射肉毒桿菌神經毒素 A 型於五位咬肌肥大患者，共九塊咬肌，評估肉

2007 年，國立成功大學陳家進教授指導，注射肉毒桿菌毒素於脊柱膨出 青少年尿道外括約肌，評估注射前後的骨盆底肌肉活動變化，實驗結果顯示：

正中頻率與正中能量頻率均往低頻飄移。平均功率與振幅均方根會減低而最 大尿流速有明顯的改善。外尿道括約肌肉毒桿菌素的注射不只會改善尿流 速，減少餘尿量，根據肌電圖的變化，更發現可以改變排尿的模式。

第九節 咀嚼肌功能改變後肌電圖訊號的變化

將 36 隻大鼠於斷奶後平均分成兩個組別：一組餵以軟食，另一組餵以硬 食，直到生長至 50 天。接著測量兩組大鼠進食時咀嚼肌群的肌電訊號，並分 析比較。結果顯示：（1）軟食組大鼠有較不規則的咬合節律（chewing rhythm）、 較長的咬合週期（chewing cycle）（2）進食時，軟食組大鼠提顎肌群（咬 肌、內翼肌和顳肌）的肌肉活動度（mean and integrated activities）明 顯大於硬食組 。(3) 軟食組大鼠，從吃軟食轉換到吃硬食時，提顎肌群肌肉 活動度的提升程度，比起硬食組大鼠來的小(Liu, Ikeda et al. 1998)。

第三章

研究材料與方法

第一節 研究對象

實驗選取 52 隻 Wistar 品系雄性成鼠，實驗動物由樂斯科生物科技公司 提供。實驗成鼠十週年齡大，體重約為 250~350 公克重。

實驗動物飼養於台北醫學大學實驗動物中心，實驗鼠房維持每日12:12小 時 light-dark cycle (06:00AM to 06:00 PM lights on)，維持恆定溫度溫 (22°C ± 2°C) 和空氣濕度(40%-70%)。

實驗成鼠隨機分成四組(Groups I~IV)，每組 13 隻實驗成鼠，其中第一 至第三組為實驗組，第四組為控制組。

第二節

本實驗是使用肉毒桿菌神經毒素 A 型(BOTOX®, Allergan

Pharmaceuticals, Ireland)，每一小瓶 100 u，添加無菌 0.9%生理食鹽水作 為稀釋劑。

第三節 研究設計及步驟

本實驗計畫經過台北醫學大學動物實驗倫理委員會審核批准，並遵守實 驗動物照顧及實驗準則。

Connection module and electrodes

實驗使用Tefloncoated 7-strand stainless steel microwire (O.D.

0.23 mm ; A-M Systems, #7935) (Outer diameter 0.23 mm ; A-M Systems，

#7935)製作而成的微電極線（microwires）。預先將四條微電極線焊接在 miniature connector 短端的排針（2 x 5 pin）上（參見圖5）。

手術時會將事先製作好的 miniature connector 包埋在老鼠的頭顱骨頂 部，並將四條微電極線從頭顱骨頂部經過皮下（subcutaneous tunnel），穿 出兩側 submandibular 區域皮膚切線，並包埋在左右兩側的咬肌。（手術過 程詳述於後方篇幅。）

記錄肌電訊號時，使用一條socket-matched miniature headstage with FETs傳輸肌電訊號。傳輸線一端連接到實驗老鼠頭顱頂部的miniature

connector長端的雙排pin；而另一端則連接到amplifier（參見圖6）。

Recording apparatus

使用一個4-channel amplifier 放置在一標準籠子外側，接收傳送而來

實驗動物的準備 Preparation of Animals

ㄧ、咬肌電極線包埋 (Electrode installation )

於實驗成鼠十週大時，利用腹腔注射(intraperitoneal, IP)方式，以 Zoletil (1mg/kg) 麻醉劑和 Rompun (0.5mg/kg)肌肉鬆弛劑兩種藥劑將大鼠 麻醉，而後手術包埋步驟如下：

1.剔除實驗手術區域毛髮(頭頂及兩側臉頰部位)

2.將老鼠固於實驗動物立體定位儀(stereotaxic apparatus )

3.頭蓋骨上方矢狀方向中線，由兩眼間至兩耳間，縱向切開頭部皮膚，剝離 骨膜並暴露出頭顱骨頂部 frontal、parietal、occipital 區域

4. 利用直徑 0.8mm 慢速直機鑽針，垂直頭顱骨表面皮質骨，於 frontal、

parietal、occipital 區域，對稱正中線共鑽出 6 個小孔。鑽入深度約 2/3 bur diameter。

5.在小孔上鎖上直徑 1.0mm，長度 4mm 的不鏽鋼迷你骨釘（stainless steel screws）共六支。作為固定 miniature connector 的基底部。

6. 將 miniature connector 焊接電極線端，固定於頭顱骨上 screws。

7. 利用牙科用樹脂材流入 screws 與 miniature connector 之間，待樹脂硬化 後即予以固定。

8. 將 miniature connector 上，預先焊接的兩對 bipolar electrode microwires 電極線（teflon-coated 7-strand stainless steel

microwires），從頭顱骨頂部經過皮下（subcutaneous tunnel），穿出兩 側 submandibular 區域皮膚切線，並包埋在左右兩側的咬肌。

9. 兩對 bipolar electrode microwires 尾端，去除掉 teflon 薄膜 3mm ，並 且彎折出一倒勾。其中 channel 1 兩條 bipolar microwires 包埋在右側咬 肌；而 channel 2 兩條 bipolar microwires 包埋在左側咬肌。同側咬肌包 埋之成對 microwires，裸露之尾端間距約 5.0 mm。

10. 將 microwires 縫合固定於鄰近結締組織表面，防止 microwires 移位脫 落。縫合兩側頰側區域皮膚切線傷口。

電極線定位方式：

下顎骨角至眼眶下緣做一連線，此連線通過 superficial masseter m.

下顎骨角至眼眶下緣做一連線，此連線通過 superficial masseter m.