Chương 1, tác giả trình bày về Lý thuyết tín hiệu điện cơ; Chương 2, Đo lường và phân tích tín hiệu điện cơ; Chương 3 - Dữ liệu tín hiệu điện cơ và một số bệnh lý. LÝ THUYẾT VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN CƠ 1.1 Giải phẫu sinh lý về hệ cơ Hệ thống cơ được cấu tạo bởi các tế bào chuyên biệt gọi là sợi cơ. Chức năng chủ yếu của chúng là khả năng co bóp. Cơ bắp, gắn liền với xương hoặc các cơ quan nội tạng và mạch máu, chịu trách nhiệm vận động.
Gần như tất cả các chuyển động trong cơ thể đều là kết quả của quá trình co cơ. Các trường hợp ngoại lệ là hoạt động của lông mao, trùng roi trên các tế bào sinh tinh và sự di chuyển của amip của một số tế bào bạch cầu [1]. Hoạt động tích hợp của khớp, xương và cơ xương tạo ra các chuyển động rõ ràng như đi bộ và chạy. Các cơ xương cũng tạo ra các chuyển động tinh tế hơn dẫn đến các biểu hiện trên khuôn mặt, chuyển động mắt và hô hấp khác nhau.
Ngoài vận động, co cơ còn thực hiện một số chức năng quan trọng khác trong cơ thể như tư thế, ổn định khớp và sinh nhiệt. Tư thế, chẳng hạn như ngồi và đứng, được duy trì do co cơ. Các cơ xương liên tục thực hiện các điều chỉnh tốt để giữ cơ thể ở vị trí cố định. Gân của nhiều cơ kéo dài qua các khớp và bằng cách này góp phần vào sự ổn định của khớp.
Điều này đặc biệt rõ ràng ở khớp gối và khớp vai, nơi mà gân cơ là yếu tố chính giúp ổn định khớp. Sản xuất nhiệt, để duy trì nhiệt độ cơ thể, là một sản phẩm phụ quan trọng của quá trình chuyển hóa cơ. Gần 85 phần trăm nhiệt sinh ra trong cơ thể là kết quả của quá trình co cơ [1]. Trong cơ thể, có ba loại cơ: cơ xương (cơ vân), cơ trơn (smooth muscle) và cơ tim (Cardiac muscle).1 Cơ xương (cơ vân) Cơ xương, gắn liền với xương, chịu trách nhiệm cho các chuyển động của xương.
Phần ngoại vi của hệ thống thần kinh trung ương kiểm soát các cơ xương. Do đó, những cơ này được kiểm soát một cách có ý thức, hoặc tự nguyện. Đơn vị cơ bản là sợi cơ có nhiều nhân. Các sợi cơ này có vân (có các vệt ngang) và mỗi sợi hoạt động độc lập với các sợi cơ lân cận.
Cơ xương có cấu tạo bởi những sợi cơ bao gồm 2 phần: Phần thịt hay gọi là phần bụng Phần gân bám vào xương hay da Cơ xương có ở một số vị trí trên cơ thể người như: Vùng đầu, mặt, cổ, thân (body) và các chi. Cấu trúc của cơ vân được thể hiện trong Hình 1.1 3 Màng tế bào Mạch máu Vỏ bọc mô liên kết Sợi cơ Bó cơ Mô liên kết Dây chằng Xương Hình 1.1 Hình ảnh cấu trúc của cơ vân Trong đó, mỗi cơ được bao quanh bởi một vỏ bọc mô liên kết được gọi là epimysium; Fascia: mô liên kết bên ngoài epimysium, bao quanh và ngăn cách các cơ; Mỗi bó sợi cơ được gọi là một fasciculus và được bao quanh bởi một lớp mô liên kết gọi là màng tế bào (perimysium); mỗi tế bào cơ riêng lẻ, được gọi là sợi cơ, được bao quanh bởi mô liên kết được gọi là endomysium; tendon- dây chằng; blood vessels - mạch máu. Các chức năng chính của cơ xương diễn ra thông qua quá trình kết hợp kích thích-co bóp nội tại của nó. Khi cơ được gắn với gân xương, sự co lại của cơ dẫn đến chuyển động của xương đó cho phép thực hiện các chuyển động cụ thể.
Cơ xương cũng cung cấp hỗ trợ cấu trúc và giúp duy trì tư thế của cơ thể. Cơ xương cũng hoạt động như một nguồn lưu trữ các axit amin có thể được sử dụng bởi các cơ quan khác nhau của cơ thể để tổng hợp các protein cụ thể cho cơ quan. Nó cũng đóng một vai trò trung tâm trong việc duy trì nhiệt điều hòa và hoạt động như một nguồn năng lượng trong quá trình đói.2 Cơ trơn Cơ trơn, được tìm thấy trong thành của các cơ quan nội tạng rỗng như mạch máu, đường tiêu hóa, bàng quang và tử cung, chịu sự kiểm soát của hệ thống thần kinh tự chủ. Cơ trơn không thể được kiểm soát một cách có ý thức và do đó hoạt động không chủ ý.
Tế bào cơ không có vân (trơn) có hình thoi và có một nhân trung tâm. Cơ trơn co bóp chậm và nhịp nhàng. Tế bào cơ trơn dày 3-10 µm và dài 30-200 µm. Tế bào chất đồng nhất là bạch cầu ái toan và bao gồm chủ yếu là các myofilaments.
Nhân nằm ở trung tâm và có hình dạng giống điếu xì gà trong quá trình co lại. Màng tế bào hình thành các ống nhỏ giống như túi xâm nhập vào tế bào chất (tế bào chất) có chức năng tương đương với các ống T của cơ xương. Các tế bào cơ trơn được neo vào mô liên kết xung quanh bằng một lớp cơ bản. Một số loại cơ trơn được thể hiện như trong Hình vẽ 1.
Vỡ mạch máu Những sợi cơ trung vị Màng trong Động mạch nhỏ Cơ trơn nhiều đơn vị Cơ trơn một đơn vị a) b) Hình 1.2 Một số loại cơ trơn. a) Cơ trơn nhiều đơn vị, b) Cơ trơn một đơn vị [2] Các sợi của cơ trơn, actin và myosin được xếp chồng lên nhau trong tế bào theo kiểu sắp xếp cầu thang và ở góc với nhau. Các đường màu đỏ là các sợi actin chạy nước rút từ bên này sang bên kia của tế bào, giữa các thể dày đặc và bên trong tế bào chất, cho đến sarcolemma. Các sợi myosin nằm giữa các sợi actin.
Có các sợi desmin và vimentin giúp hỗ trợ cấu trúc tế bào. Do khả năng co bóp của các cơ trơn, các sợi actin và myosin trở nên nhỏ lại, giúp thu nhỏ tế bào. Cơ trơn có chức năng duy nhất là co lại trong thời gian dài hơn và giữ hình dạng hoặc lực đó. Vì vậy, chúng có mặt ở nhiều bộ phận trong cơ thể như hệ tuần hoàn, hệ tiêu hóa.
Các vùng của hệ tiết niệu, hệ sinh sản, thậm chí cả mắt và da đều có cơ trơn. Ở mắt, các cơ trơn giúp thay đổi kích thước của mống mắt và hình dạng của thủy 5 tinh thể. Lông trên da tăng lên khi gặp nhiệt độ lạnh vì các cơ trơn. Cấu trúc của cơ trơn được thể hiện trên Hình 1.
Tế bào cơ Sợi dày Hạt nhân Sợi trung gian Ruột non Mô cơ Cơ trơn Hình 1.3 Hình ảnh cấu trúc của cơ trơn 1.3 Cơ tim Cardiac muscle còn có tên gọi khác là myocardium (cơ tim), ở động vật có xương sống, một trong ba loại cơ chính, chỉ được tìm thấy ở tim. Cơ tim tương tự như cơ xương, một loại cơ chính khác, ở chỗ nó sở hữu các đơn vị co bóp được gọi là sarcomeres; Tuy nhiên, đặc điểm này cũng phân biệt nó với cơ trơn, loại cơ thứ ba. Cơ tim khác với cơ xương ở chỗ nó co bóp nhịp nhàng và không nằm trong sự kiểm soát tự nguyện. Sự co bóp nhịp nhàng của cơ tim được điều hòa bởi nút xoang nhĩ của tim, đóng vai trò như máy điều hòa nhịp tim của tim [3].
Cơ tim, được tìm thấy trong các thành của tim, cũng chịu sự kiểm soát của hệ thống thần kinh tự chủ. Tế bào cơ tim có một nhân trung tâm, giống như cơ trơn, nhưng nó cũng có vân, giống như cơ xương. Tế bào cơ tim có dạng hình chữ nhật. Sự co 6 bóp của cơ tim không tự chủ, mạnh và nhịp nhàng [1].
Hình dạng cơ tim được thể hiện như trong Hình 1. Các tế bào cơ tim được thể hiện trong Hình 1. Động mạch chủ Tĩnh mạch ven trên Động mạch phổi Các tế bào cơ dạng đĩa Tĩnh mạch phổi Tâm nhỉ phải Các tế bào cơ Tâm nhỉ trái Tâm thất phải Tĩnh mạch ven dưới Tâm thất trái Hình 1.4 Hình ảnh cơ tim [3] Tim Tế bào cơ Tim Hình 1.5 Hình ảnh các tế bào cơ tim [3] 7 Tế bào cơ tim tạo thành một mạng lưới tế bào phân nhánh cao trong tim. Chúng được kết nối từ đầu đến cuối bằng các đĩa xen kẽ và được tổ chức thành các lớp mô cơ tim bao bọc xung quanh các buồng tim.
Sự khác nhau cơ bản giữa ba loại cơ tim, cơ trơn và cơ vân được thể hiện trong Bảng 1.1 Sự khác nhau giữa ba loại cơ Cơ tim Cơ vân Cơ trơn Hình dạng có sọc, vằn, có Hình dạng có sọc, vằn, có Hình dạng trục thẳng, các tế nếp nhăn; các tế bào dạng nếp nhăn; các tế bào dạng bào không có sọc, nếp nhăn nhánh hình ống hay vằn. Các sợi cơ có cấu tạo dạng Các sợi cơ có cấu tạo dạng Các sợi cơ có cấu tạo dạng đơn nhân đa nhân đơn nhân Sự co cơ dạng không tự chủ Sự co cơ dạng tự chủ Sự co cơ dạng không tự chủ Hình thành các thành cơ của Mô chuyên biệt được gắn Nằm trong các cơ quan nội tim và bơm máu đến hệ tuần vào xương và cho phép di tạng khác nhau và các mạch hoàn chuyển máu để xây dựng các thành cơ 1.2 Nguồn gốc của tín hiệu điện cơ Nguồn gốc của tín hiệu điện cơ dựa trên các phản ứng hóa điện của synap thần kinh cơ dẫn đến sự thay đổi điện thế màng tề bào khi có kích thích [5-7].1 Phản ứng hóa điện của synap thần kinh – cơ Khi một xung điện từ thần kinh α đi đến một tâm vận động (MEP), nó kích hoạt quá trình Exocytosis hay làm cạn hoàn toàn khoảng 300 lỗ trống chứa Ach trước Synap. Một lượng khoảng từ 107 đến 5x108 phân tử Ach cần để kích hoạt một điện thế hoạt động cơ. Ach khuếch tán qua khe Synap rộng từ 20 đến 30 nm trong khoảng thời gian xấp xỉ 0,5ms.
Tại đây một số phân tử Ach kết hợp với các điểm tiếp nhận trên các đơn vị protein hình thành nên các đường tiếp nhận ion dưới Synap. Cứ 5 đơn vị protein phân tử khối lớn tạo thành một đường Ach gắn vào các đơn vị protein sẽ làm giãn các đường này ra thêm 0,65nm. Các đường dẫn ion mở rộng cho phép ion Na+ chảy vào. Tuy nhiên các ion Cl- vẫn bị đẩy ra vì các điện tích âm cố định ở cửa vào của đường.
Như thế, màng dưới Synap đã được khử cực, tạo ra một điện thế hoạt động của sợi cơ.