十一、肌电图
（一）正常肌电图
肌电图（electromyogram，EMG）是指用肌电图仪记录下来的肌肉生物电图形，对评价人在人机系统中的活动具有重要意义。其可以采用专用的肌电图仪或多导生理仪进行测量。静态肌肉工作时测得的该图呈现出单纯相、混合相和干扰相三种典型的波形，它们与肌肉负荷强度有十分密切的关系。当肌肉轻度负荷时，图上出现孤立的、有一定间隔和一定频率的单个低幅运动单位电位，即单纯相；当肌肉中度负荷时，图上虽然有些区域仍可见到单个运动单位电位，但另一些区域的电位则十分密集而不能区分，即混合相；当肌肉重度负荷时，图上出现不同频率、不同波幅且参差重叠难以区分的高幅电位，即干扰相。该图的定量分析比较复杂，必须借助计算机完成。常用的指标有积分肌电图、均方振幅、幅谱、功率谱密度函数及由功率谱密度函数派生的平均功率频率和中心频率等。
肌纤维（细胞）与神经细胞一样，具有很高的兴奋性，属于可兴奋细胞。它们在兴奋时最先出现的反应就是动作电位，即发生兴奋处的细胞膜两侧出现的可传导性电位。肌肉的收缩活动就是细胞兴奋的动作电位沿着细胞膜传向细胞深部（通过兴奋-收缩机制）引起的。
肌纤维安静时只有静息电位，即在未受刺激时细胞膜内外两侧存在的电位差，也称为跨膜静息电位或膜电位。静息电位表现为膜内较膜外为负。常规表示方法以膜外电位为零，则膜内电位约为-90 mV。
肌肉或神经细胞受刺激而产生兴奋，在兴奋部位的静息膜电位发生迅速改变，首先是膜电位减小，到达某一临界水平时，突然从负变成正的膜电位，然后以几乎同样迅速的变化，又回到负电位而恢复正常负的静息膜电位水平。这种兴奋时膜电位的一次短促、快速而可逆的倒转变化，便形成动作电位。它总是伴随着兴奋的产生和扩布，是细胞兴奋活动的特征性表现，也是神经冲动的标志。
一般情况下，肌纤维总是在神经系统控制下产生兴奋而发生收缩活动。这个过程就是支配肌纤维的运动神经元产生兴奋，即神经冲动（动作电位）沿轴突传导到末梢，释放乙酰胆碱作为神经递质，实现运动神经肌肉接头处的兴奋传递。总之，肌纤维及其运动神经元在兴奋过程中发生的生物电现象正是其功能活动的表现。
肌电图测量正是基于以上生物电现象，采用细胞外记录电极将体内肌肉兴奋活动的复合动作电位引导到肌电图仪上，经过适当的滤波和放大，电位变化的振幅、频率和波形可在记录仪上显示，也可在示波器上显示（图1-13）。
图1-13 正常肌电图
（二）针极肌电图
针极肌电图（needle electrode electromyography，NEMG）是应用同心圆细针直接插入肌肉内所记录到的肌肉电位活动。正常肌肉在完全松弛状态下有电活动，在肌电图上呈一条直线，称为电静息。当针电极插入肌肉或移动的瞬间，肌纤维受机械刺激所诱发的一串电活动，称为插入电位。插入电位持续时间很短，一般不超过100 ms，片刻消失。针电极插入运动终板区或神经纤维中，会产生两种不同的自发电位：时程在2 ms内，频率较高，振幅在100 μV以下的连续不规则负相电位，为终板噪声；时程在1～3 ms，频率在1～100次/秒，振幅在10～300 μV，开始为一时程较长的负相，后接一短时程双相连续自发规律性放电的电位，为负相神经纤维电位。脊髓前角细胞发生冲动时，它所支配的肌纤维发生兴奋、收缩，可产生运动单位电位。肌肉轻度收缩时，肌电图上表现为孤立、相互分离的单个运动单位电位，称为单纯相。肌肉中度收缩时，运动单位增多，多个运动单位电位混在一起，但尚能相互区分，称为混合相。肌肉重度收缩时，运动单位电位重叠，难以区分，称为干扰相。周围神经损伤后，由于失神经支配的肌纤维膜对机械刺激的应激性增高，针电极插入肌肉或移动时，会出现插入电位异常。同时，肌纤维失去神经系统抑制性调节作用后，对体内乙酰胆碱的敏感性增高，也会产生失神经电位或自发电位。此外，由于周围神经损伤，运动单位数量减少，肌肉强收缩时，运动单位电位可呈电静息、单纯相或混合相。
肌电图异常的主要表现形式有以下三种。
（1）插入电位异常。①插入性正波：出现多个连续、节律性的正相电位，时间一般持续数秒至数分钟。②插入电位减少或消失。③插入电位延长。(https://www.daowen.com)
（2）自发电位异常。自发电位指肌肉处于静息状态下自发出现的电位。①纤颤电位：通常为双相或三相波。起始为正相，随之为负相。波幅较低，频率在1～30次/秒，时程在0.2～2 ms。②正相电位：正相电位是一个起始为正相波，继而伴随一个时限较宽、波幅较低的负相波。它可以随插入电位出现，也可以自发出现，其波幅变化范围较大，一般在10～100 μV，有时可达30 mV，发放频率多为0.5～10 Hz，有时高达30 Hz。③束颤电位：与正常运动单位电位相似，可有单相、双相、三相或多相波形。时程短，在2～10 ms，波幅在2 mV以下，频率在10～30 Hz。
（3）运动单位电位异常。①多相波：一个运动单位电位出现四相以上波形，即有两个以上负相波。正常运动单位电位的多相波一般不超过5%。②单相波：肌肉重度收缩时，运动单位电位仍呈单纯相。③巨大电位：肌肉随意收缩时，运动单位发送频率增高，运动单位电位波幅明显增大。一般频率在1～10次/秒，时程在5～30 ms，波幅在5 mV以上。④低幅电位：肌肉随意收缩时，运动单位电位的波幅在10～300 μV。神经再生及恢复过程中，也会出现新生电位、复合电位和再生电位。新生电位是指在基线上起伏的成簇的小的电位。复合电位是指由于新生轴突支配肌纤维数目增多，且兴奋不能完全同步，而表现出的宽时限的多相电位。再生电位由恢复较好的多数肌纤维兴奋所综合形成的一个大波和同步性较差的少数肌纤维形成的拖延的次波组成。如果周围神经完全恢复正常，则肌电图表现为正常运动单位电位。
对于神经源性病变，通常纤颤电位在失神经肌肉中发生得较早，而正相电位发生得较晚，或者两者同时出现，并且运动单位电位的波幅增大、时限延长；肌源性病变，运动单位电位的波幅减小、时限缩短，多相电位百分比增高；癔症患者和不合作者会有阵发性的不规律运动单位电位发放，肌力时强时弱，但记录不到自发电位。
（三）单纤维肌电图
单纤维肌电图（single-fiber electromyography，SFEMG）是1963年Stalberg和Ektsedt首先建立的一项检查技术，通过直径只有25 μm的特殊针电极，选择性地记录单个肌纤维的动作电位或属于同一运动单位的两个或两个以上的具有锁时关系的电位，可以帮助了解运动单位肌纤维的空间排列、范围、显微生理和病理生理过程。颤抖、阻滞和纤维密度是SFEMG的主要参数。颤抖是动作电位在连续放电期间在传递时间上的变异，此变异反映了终板的传导情况。阻滞是指神经传导受阻。纤维密度是指记录区域内属于同一运动单位的平均纤维数目，与神经再生有关。研究表明，颤抖和阻滞在外伤后2周内增加，神经再支配时纤维密度增加，但在重症肌无力中纤维密度通常是正常的。纤维密度的中度增加及含有变化棘波的不稳定动作电位提示失神经支配和再支配的活跃过程，而纤维密度增高但SFEMG构型稳定则提示慢性疾病。一块肌肉内只有多个运动终板发生传导阻滞时，临床上才会显示出肌无力。
SFEMG不仅可用来评估运动单位的功能状态、再支配的程度以及神经肌肉接头的功能，而且还有助于某些神经病变和肌肉病变的鉴别。神经病变表现为纤维密度增高、颤抖增宽，并伴有阻滞；肌肉病变表现为纤维密度增高，伴有轻度的颤抖增宽，通常不伴有阻滞。但应注意鉴别由于缺血或应用止血带所造成的颤抖。SFEMG比传统肌电图更加敏感，即使患者服用了胆碱酯酶抑制剂，其检测结果仍有可能异常，并且SFEMG出现异常往往比NEMG出现异常要早，因而有利于发现亚临床型患者。SFEMG是检测重症肌无力、Lambert-Eaton肌无力综合征和其他神经肌肉接头病变最敏感的方法。另外，SFEMG可用来随访神经外伤后的再支配过程，指导外科修复的手术时机，帮助确定损伤时间和神经功能恢复情况。
（四）巨型肌电图
巨型肌电图（macroelectromyography，MEMG）是Stalberg等在SFEMG的基础上改革了电极装置建立的一项检测技术。此技术利用同心圆针电极和单纤维针电极套管做参考电极，通过足够数量的连续放电，应用平均技术从背景电信号中提取出整个运动单位的动作电位。巨型肌电图与常规的针极肌电图不同的是可以记录整个运动单位（或运动单位的大部分）肌纤维的电活动。虽然SEMG采集的面积较大，但受到记录部位皮下组织厚度和肌肉大小等影响，难以区别单个运动单位电位。运动单位的大小可随着神经、肌肉在病变中的病理变化而改变，是诊断和监测神经、肌肉病变的重要指标。巨型肌电图有助于鉴别神经源性和废用性肌肉萎缩。在神经源性肌肉萎缩中，巨型肌电图运动单位动作电位（macroelectromyography motor unit action potential，macro-MUAP）的波幅降低、纤维密度增高；而在废用性肌肉萎缩中，macro-MUAP的波幅降低，纤维密度则不变。
（五）表面肌电图
表面肌电图（surface electromyography，SEMG）又称动态肌电图（dynamic electromyography，DEMG），是从肌肉表面引导和记录的神经肌肉系统生物电变化的电信号，经过计算机处理后可观察对肌肉功能状态具有特异敏感性的时域和频域变化值。表面肌电图在神经肌肉病变共评估中常用的指标有肌电积分（IEMG）、平均功率频率（mean power frequency，MPF）、中位频率（median frequency，MF）、过零率（zero crossing rate，ZCR）、平均肌电值（average surface electromyography，AEMG）和波幅（amplitude of wave，AW）。对表面肌电图的信度研究显示：无论静态收缩，还是动态收缩，表面肌电图的基本参数MF、MPF、ZCR、AEMG稳定可靠，变异范围很小，频域指标较时域指标的信度更高。波幅指标在一定程度上反映肌力的大小，可用于分析肌肉在单位时间内的收缩特性。
对IEMG值与肌力和肌张力之间关系的研究表明：肌肉随意静力收缩时，用表面电极测定的IEMG值与肌力和肌张力均呈正相关。在临床和法医学鉴定中，对于肌肉功能状态的评价，一直采用肌力分级评价法（如徒手肌力法）、肌肉痉挛度检测法（Ashworth评价）等来评定被检者肌肉功能状态，但由于检测效度的主观性和检测结果难以精确定量，其应用受到一定的限制和质疑。表面肌电图可客观地评定肌力及肌张力，它的电信号源自大脑皮质运动区，形成于众多外周肌肉运动单位电位的总和，信号的振幅、频率等特征的特异性变化取决于运动单位募集和同步化程度等中枢控制因素，以及肌肉兴奋传导速度等外周因素的共同作用。
MPF和MF通过对肌肉疲劳程度的检测还能够客观、敏感地反映肌肉功能水平。当肌肉产生疲劳时，时间与MPF、MF曲线的斜率MPFS（MPF slope）、MFS（MF slope）为负值，且随着疲劳的发生发展，MF、MPF和MPFS、MFS均逐渐降低。