مقدمه
انقباض تار عضلانی در نتيجه فعالسازي عضله توسط سيستم عصبي مرکزي يا دپلارايزاسيون سطح خارجي غشاي تار عضلاني اتفاق مي افتد. موجهاي دپلارايزاسيون از ناحيه ورود تار عصبي به عضله آغاز و در طول تار عضلاني به سمت دو انتهاي عضله سير ميکنند. به دليل آنکه بافت اطراف تارهاي عضلاني هادي جريان الکتريسيته هستند ناحيه دپالرايز شده تارهاي هر واحد حرکتي برانگيخته، اثر الکتريکي قابل ملاحظه اي روي الکترودي که در مجاورت آنها قرار دارد ايجاد ميکند. تحريک الکتريکي آغازين در طول تار عضلاني با سرعت 6-2 متر بر ثانيه حرکت کرده و از الکترودها ميگذرد. سيکل دپالريزاسيون-ريپالريزاسيون يک موج دو قطبي الکتريکي به وجود مي آورد که در طول تار عضلانی حرکت ميکند. در حقيقت موجي که روي اين الکترود مشاهده مي شود پتانسيل عمل واحد حرکتي ناميده ميشود که يک موج سه فازه است و شکل و اندازه آن بستگي به وضعيت تار نسبت به محل الکترود دارد. سيگنال EMG ترکيبي از پتانسيلهاي عمل همه تارهاي عضلانی خواهد بود که در عضله، زير الکترود، قرار دارد. در واقع توزيع پتانسيلي که در سطح پوست اندازه گيري ميشود در نتيجه روي هم سوار شدن پتانسيل عمل واحدهاي حرکتي است که به شکل يک سيگنال دو قطبي با دامنه هاي قرينه مثبت و منفي مشاهده مي شود . معمولا دو الکترود روي هر عضله قرار گرفته و تفاوت بين دو پتانسيل ثبت شده توسط هر يک به علت عبور تحريک الکتريکي از هر دو الکترود به دست مي آيد .

سيگنال EMG يک موج پيچيده است که به وسيله سيستم عصبي کنترل ميشود و به خصوصيات فيزيولوژيکي و آناتوميکي عضله بستگي دارد. اين سيگنال ميتواند براي مطالعه هماهنگي و کنترل حرکت مورد استفاده قرار گيرد. عالوه بر اين ارتباط مشخصي بين مقدار موج EMG و نيروي اعمالي عضله وجود دارد. به همين دليل از اين تکنيک براي مطالعه فعاليت عصبي- عضلاني در تکاليف پاسچرال، حرکات عملکردي و شرايط کاري و برنامه هاي آموزشي و درماني استفاده شده است. مطالعه حرکت به خصوص فعاليت عضله در آب نيز اخيرا از موضوعات مورد توجه محققان حوزه هاي فيزيوتراپي، توانبخشي و ورزش و ساير رشته هاي مرتبط با آناتومي، بيومکانيک و حرکت شناسي بوده است.

امروزه انجام تمرينات آبي جزء اساسي برنامه هاي تمريني آمادگي جسماني و فيزيوتراپي و وسيله اي موثر در درمان فيزيکي فعال در بازتواني سالمندان، بيماران آسيب ديده و حتي ورزشکاران حرفه اي است. آب محيط منحصر به فردي را فراهم مي کند که در آن نيروي جاذبه و بارگذاري روي مفاصل کاهش مي يابد، در حالي که خود آب مقاومتي نسبت به حرکت ايجاد مي کند. هنگام راه رفتن در آب تا سطح جناغ، نيروي شناوري باعث کاهش وزن تا 11 % در مقايسه با خشکي ميشود . بنابراين افرادي که قادر به تحمل بار مکانيکي حين تمرين در خشکي نيستند مي توانند به تمرين در آب پرداخته و از فوايد فيزيولوژيک آن بهره مند شوند.

اما علي رغم استفاده گسترده از تمرينات آبي، با توجه به کمبود منابع علمي، هنوز عملکرد عصبي-عضلاني حين انجام تمرينات در آب ناشناخته باقي مانده است. اندازه گيري شاخصهاي بيومکانيکي حين حرکت در آب به علت کمبود تجهيزات مناسب محيط آب پيچيده است. به طور مثال کمي کردن فعاليت عضلانی از طريق تکنيک EMG حين حرکت در آب به علت مشکل بودن پيشگيري از دخالت آب در ثبت سيگنال الکتريکي عضله و نيز مسائل ايمني با چالش مواجه شده است. غلبه بر اين چالش ها بسيار ارزشمند است؛ چرا که درک فعاليت الکتريکي عضله به درک پاسخ هاي عصبي عضلاني حين حرکت در آب کمک ميکند. بنابراين اين مطالعه به مرور تحقيقات مختلف در اين حوزه شامل ملاحظات روش شناسي بررسي فعاليت عضله و پارامترهاي بيومکانيکي و يافته هاي اين
مطالعات حين فعاليت در آب ميپردازد.

يکي ديگر از نکات مورد توجه حين ثبت EMG هنگام حرکت در آب، استفاده از وسايل الکترونيکي است. راه حلي که مطالعات مختلف به کار برده اند، استفاده از سيستم هاي ثبت EMG تلمتري است. کالريس و همکاران روايي چنين روشي را مورد بررسي قرار دادند. در اين مطالعه فعاليت عضلاني هم زمان توسط سيستم تلمتري و غير تلمتري در هنگام انجام انقباض ارادي بيشينه در آب و خشکي ثبت شد. در اين مطالعه هيچ تفاوت معناداري در EMG دو سيستم مشاهده نشد . اما به علت سهولت انجام کار با سيستم تلمتري، ارجحيت همچنان با اين سيستم است.

– مقايسه فعاليت عضلاني حين حرکت در آب و خشکي
رشد روزافزون انواع مختلف برنامه هاي توانبخشي و تمريني در آب منجر به انجام مطالعات مربوط به فعاليت عضلاني در آب و مقايسه آن با حرکت در خشکي شده است. زمان بندي فعاليت عضلات به علت تغيير در نسبت فعاليت عضلات آگونيست- آنتاگونيست، مکانيزم جبراني متفاوت به علت بي ثباتي پاسچرال حين حرکت در آب زير بناي مطالعات مقايسه اي مختلف در حرکاتي نظير راه رفتن، دويدن، دوچرخه سواري و غيره بوده است که در ادامه مورد بررسي قرار ميگيرد.

زماني که سرعت حرکت ثابت باشد، پاسخ هاي قلبي عروقي (ميزان مصرف اکسيژن و ضربان قلب) و ادراک حرکتي در آب بيشتر از خشکي است. در مطالعه اي که از افراد خواسته شد با سرعت ثابت 2/9 کيلومتر در ساعت راه بروند، ميانگين فعاليت عضلات پهن مياني، راست راني، دو سر راني و دو قلو حين حرکت در آب بيشتر بود ولي فعاليت عضله ساقي قدامي در هر دو حالت مشابه بود. فعاليت عضالني بيشتر در آب به علت ايجاد يک نيروي اضافي پيشرونده براي غلبه بر نيروي مقاومت آب حين راه رفتن در آب براي رسيدن به يک سرعت مشخص است. همچنين فرکانس گام نيز کمتر )21/9 در دقيقه( و طول گام )3/12 ( در سرعت ثابت در آب بيشتر از خشکي بود. اين مشاهدات بيان مي کنند زماني که سرعت حرکت در آب و خشکي يکسان است فعاليت عضلاني و پاسخ هاي قلبي عروقي و ادراکي بيشتر ولي طول گام و تعداد گام ها در يک ثانيه (فرکانس گام برداری) کمتر است.

برخي تحقيقات نيز به مطالعه فعاليت عضلاني حين حرکت در آب با سرعت دلخواه پرداخته اند. در هر يک از اين مطالعات فرد بر روي يک مسير راه مي رفت و عمق آب تا زائده جناغي و جناغ بود. فعاليت عضلات اندام تحتاني و تنه ثبت و اندازه گيري شد. سرعتي که افراد براي راه رفتن در آب انتخاب کردند کمتر از خشکي بود. دو رويکرد کلي براي مقايسه فعاليت عضلاني در اين دو حالت در نظر گرفته شد: ( مقايسه اوج يا ميانگين EMG در يک سيکل راه رفتن 2 ) مقايسه الگوهاي EMG. گزارش شده است که اوج فعاليت عضلاني (تنه و اندام تحتاني) در سرعت دلخواه در آب کمتر از خشکي در هر دو گروه جوان و سالمند
بود، اگر چه فعاليت عضله دو قلو مشابه بود. در مقايسه ميانگين فعاليت عضلاني، گزارش شده است که فعاليت عضله دوسر راني حين راه رفتن با سرعت دلخواه در آب بيشتر از خشکي بوده است که ميتواند به علت نياز به غلبه بر نيروي مقاومت آب حين پيشروي در آب باشد. به طور کلي حين راه رفتن با سرعت دلخواه اوج فعاليت عضالني در آب کمتر از خشکي است. راه رفتن در آب ممکن است باعث ايجاد ميانگين فعاليت بيشتر و الگوي فعاليت تونيک تر در آب شود.
ماسوموتو و همکاران فعاليت عضلاني حين راه رفتن به عقب در آب و خشکي را مورد ارزيابي قرار دادند. در اين مطالعه سرعت راه رفتن در آب نصف سرعت راه رفتن در خشکي تنظيم شد (0 و 6 کيلومتر بر ساعت براي آب و خشکي). سرعت جريان آب با سرعت تردميل تنظيم شد. در اين مطالعه فعاليت عضلات تنه و اندام تحتاني اندازه گيري شد. قبل از شروع تکليف اصلي اندازه گيري MVC هر عضله در خشکي انجام شد. داده هاي EMG نسبت به MVC نرمالايز شدند. نتايج اين تحقيق نشان داد که فعاليت عضلات موازي ستون فقرات يا موازي ستون فقرات حين راه رفتن به عقب در آب بيشتر بود. افزايش فعاليت عضلات موازي
ستون فقرات احتمالا به علت مواجه شدن با مقاومت بيشتر در آب به علت جريان آب به پشت فرد است.

نتيجه گيری
در اين مطالعه، رويکردهاي روش شناسي کمي سازي فعاليت عضله در آب و عوامل اثرگذار در حين حرکت در آب مطرح شد. بر اساس تحقيقات انجام شده، فعاليت عضلاني حين حرکت در آب تحت تاثير جهت، سرعت و جريان آب قرار ميگيرد. آب محيط منحصر به فردي را فراهم مي کند که در آن نيروي جاذبه و بارگذاري روي مفاصل کاهش مي يابد در حالي که خود آب مقاومتي نسبت به حرکت ايجاد مي کند.
بهره گيري از اطلاعات جمع آوري شده با EMG سطحي، براي مطالعه فعاليت الکتريکي عضله در محيط آب روش نسبتا جديدي است که پيش از اين به راحتي در دسترس نبود. اما مطالعات اخير امکان ثبت سيگنال هاي بيولوژيک در محيط آب صورت گرفته است که نتايج آنها روي هم رفته و به طور خلاصه عبارت است از:
ثبت EMG در خشکي به همان شيوه اي که در آب انجام شده است، صورت گيرد تا ويژگي هاي اصلي سيگنال تغيير نکند.
براي ثبت سيگنال EMG در آب بهتر است از الکترودهاي مجزا به جاي لباس يکسره استفاده شود چرا که در اين روش ها امکان نشت آب به الکترودها وجود دارد. الکترودها بايد با استفاده از چسب ضد آب عايق بندي شوند. همچنين سيم ها محک شوند تا امکان ايجاد آرتيفکت (در محدوده فرکانس 23-3 هرتز) به حداقل برسد. دماي ايده آل آب 21 تا 03 درجه سانتي گراد براي ثبت EMG است. دماي کمتر باعث کاهش فعاليت عضلاني ميشود.
از آنجا که در حرکات يکسان، فعاليت عضله در آب کمتر از خشکي است، انقباض ارادي بيشينه در محيط خشکي انجام گيرد.
در حرکات ديناميک حرکات مشخص در آب با نصف سرعت خشکي انجام شوند. با افزايش سرعت و در نتيجه تاثير ويسکوزيته آب امکان تغيير ماهيت سيگنال وجود دارد.
در مطالعه حرکاتي که پاسچر را به چالش ميکشند فعاليت عضلات تنه افزايش مييابد.
به طور کلي حرکت در آب تحت تاثير خاصيت ويسکوزيته آن که هشت برابر خشکي است، قرار ميگيرد. اجسام حين غوطه وري در آب به علت اعمال نيروي شناوري، سبک تر از خشکي هستند. نيروي شناوري، سنگيني بدن به سمت پايين را حين راه رفتن در آب کاهش ميدهد. اين کاهش در ويژگيهاي حرکت در آب مرتبط با کاهش فعاليت عضلاني است. کاهش فعاليت عضلاني در آب ميتواند به علت کاهش فعاليت عضلات تحمل کننده وزن باشد. توجيه ديگر براي کاهش فعاليت عضلاني حين حرکت در آب، تاثير کاهش جاذبه و يا فشار هيدروستاتيک روي سيستم اسکلتي عضلاني است.

فصلنامه علمی- پژوهشی طب توانبخشی * دوره دوم. شماره اول