筋電図(きんでんず、electromyography - EMG)とは、筋肉で発生する微弱な電場の変化を検出して、縦軸に電位、横軸を時間をとって図にしたものである。筋電計(きんでんけい、electromyograph - EMG)とは、筋電図を測定、表示、計測、(解析)する、検査装置である。広義には普通筋電図、神経伝導速度、反復誘発筋電図、反復誘発筋電図、表面筋電図、単線維筋電図、体性感覚誘発電位(SEP)、聴覚脳幹誘発電位(BAEP、ABR)、視覚誘発電位(VEP)、運動誘発電位(MEP)などを含める。例えば、神経筋疾患の補助診断法の1つとして用いる。

## 原理

筋電図検査(electromyography - EMG)とは、神経から筋にかけての疾患の有無を調べる生理学的検査のひとつである。
一般に、刺激電極と、測定電極(関電極)、不関電極(基準電位用、いわゆるアース)を持ち、電気刺激装置と、オペアンプ等による信号増幅器、表示、記録部を持つ。古い機械は、移動するロール紙の上をペンが左右に動くアナログ式であるが、20世紀末からは、ADコンバータを通し、得られた信号を電子計算機を用い、表示処理だけではなく、解析機能を持つ装置が主流となって来ている。

## 筋電図検査の種類

- 末梢神経伝導検査

手足に分布する神経(末梢神経)の働きを調べる。弱い電気で神経を興奮させ、手足を動かす。

- 表面筋電図検査
- 針筋電図検査

電極の入った細い針を筋肉に直接刺して、力を入れたり、抜いたりして筋肉の状態を調べる。診断のため、いろいろな筋肉を調べるが、何ヵ所になるかは症状により違ってくる。

## 筋電計の使用方法

一般的な使用方法としては、

1. 対象とする筋の出来るだけ近くの皮膚表面に、電極を貼る(表面電極)か、または、対象とする筋束に直接針電極を刺入し、
2. その筋を支配する神経の出来るだけ近くに、2つの刺激電極を貼る。神経に針を刺すのは余りにも痛いので、針電極は用いない。正しく神経の近くに刺激電極を設置しないと、検査に必要な刺激を与えるための電圧が高くなり、無駄に痛いだけなので電極を設置する位置に気をつける必要がある。
3. 刺激電極に電気刺激(パルス電流)を流し、筋の収縮が起こると、筋電図が得られる。
4. 筋電図を読み、反応の大きさ、刺激からの遅延時間(運動神経伝道速度)、反復刺激に対する反応等を読み取る。これが検査結果である

## 対象疾患

- ALS(筋萎縮性側索硬化症)
- MG(重症筋無力症)

など

## 針筋電図

### 針筋電図の理論的背景

針筋電図では針電極を用いて運動単位の状態を評価することができる。運動単位とは脊髄前角細胞および運動性脳神経核であるα運動神経とそれにより支配される骨格筋の筋線維からなる。骨格筋には持続的な運動に適した遅筋である赤筋(タイプI)と素早い運動に適した速筋である白筋(タイプII)の2種類に分かれる。白筋はタイプIIAとIIBのふたつに分かれ、IIAはIIBとIの中間型である。支配する筋肉のタイプに合わせて運動単位もS型、FR型、FF型の3タイプに分類される。一つの運動単位に属する筋線維の生理学的および生化学的性質は均一であり、一つの運動単位に属する筋線維は、他の運動単位に属する筋線維と互いに交錯して配列している。あるα運動線維が興奮するとその活動電位は支配筋線維全てをほぼ同時期に脱分極させる。同期して発生した筋線維活動電位を加重したものをMUP(運動単位電位)という。MUPの電位の大きさは神経支配比を反映している。四肢筋など大きな運動単位は大きなMUPを形成し、外眼筋や顔面筋は小さなMUPを形成する。MUPの数は収縮力を反映する。ごく弱い随意収縮では同一波形のMUPが繰り返し現れ、収縮を強めるとその発生頻度は増加し、別のMUPが参加してくる。活動に参加する運動単位が増加する現象を動員(recruitment、リクルートメント)という。収縮のはじめの段階では興奮域値が小さい小型のニューロン(S型)が発射し、収縮力が増強するに従い大型のニューロン(FR型やFF型)も動員される。弛緩する場合は域値の高い大きな運動単位から順に活動を停止していく。これをサイズの原理という。

### 針筋電図の検査の手順

針筋電図は安静時、弱~中等随意収縮、最大随意収縮の3つの状態に対して施行する場合が多い。筋電図は通常、波形、持続時間、振幅、放電頻度であらわされる。検出する所見の違いにのため、安静時所見、随意収縮所見、最大収縮所見でそれぞれ記録条件が異なる。安静時所見を得る場合は振幅は50μV/1cmで紙送りは10ms/1cmであり、随意収縮では振幅は1mV/1cmで紙送りは10ms/1cm、最大収縮では振幅は1mV/1cmで紙送りは0.1s/1cmであることが多い。MUPの振幅は筋肉毎に異なり、顔面筋、舌筋、胸鎖乳突筋2mV程度であるがその他の筋肉では4mV程度である。

### 安静時所見

安静時所見には刺入時活動と自発性活動に分けられる。正常骨格筋の場合は安静時は電気的に静止している。機械的刺激や損傷が認められた場合は刺入時活動が認められる。刺入時活動は通常は電極が動いている間のみに認められ、持続時間は通常100~300msであるとされている。電極の動きが止まっても筋の活動電位が続く状態を異常刺入時活動という。

### 刺入時異常活動

以下のような刺入時の異常放電が知られている。

### 安静時異常活動

陽性相からはじまる2~3相からなる波形であり、通常振幅は1mV以下でMUPよりも小さい。発火のパターンは規則的であるが。発火頻度は15Hz程度である。不規則な線維自発電位というものも提唱されているが、規則的な線維自発電位とは別の機序によるものと考えられている。

急な陽性相とそれに続く緩徐な陰性波からなる波形で持続はおよそ100msecとなる。発火パターンは規則的であり、発火頻度は15Hz以下である。

振幅が1mV以上あることから神経束由来と考えられている。不規則な出現をする。

極めて高頻度のMUP発射が認められ徐々に振幅が減少していく。

### 随意収縮所見

随意収縮ではMUPの波形、頻度から運動単位(MU)の評価を行う。干渉波ではなく運動単位が観察しやすい程度の力を入れた状態で行う。正常人では力を加えるに従ってサイズの原理に基づく序列制動員によって放電頻度と活動運動単位数が増加する。決して力を加えると振幅が大きくなるわけではなく、動員される運動単位が増えるため高振幅なMUPが測定される可能性が高くなるだけであることに注意が必要である。MUPを表現する基本要素は波形、持続、振幅の3つのパラメータである。波形は相(phase)とノッチ(notch)であらわされる。相は基線を超える電位変化であり、超えないのがノッチである。五相以上の場合を多相性MUP、ノッチの多いものを偽多相性MUP、鋸歯状活動電位という。主要MUP成分と一定の時間間隔で出現する単一筋線維放電に衛星電位(satellite potential)が知られている。動員数が増えるとMUPの重なりあいで多相性に見えることがある。MUPの多相性を評価するには動員数を少なくし、周期的発火を示すとより説得力が増す。

#### 異常所見

##### 高振幅電位・低振幅電位

針の位置が発火点より遠い場合が殆どであるが、短持続時間、多相性、低振幅はミオパチーのMUPに特徴的な所見である。

##### 多相性電位

いくつかのMUPが組み合わさって多相化するのではなく運動単位が多相化すると多相性電位となる。そのため規則的な発火となる。

##### early recruitment

最弱収縮から複数のMUPが同時発火することであり、ミオパチーに特徴的な所見である。

##### rapid recruitment

弱い収縮に対して不釣り合いにたくさんのMUPが出現する場合や、正常より弱い収縮で完全干渉パターンとなること

### 最大収縮所見

最大収縮時は干渉波の評価、動員の評価を行う。干渉波は単位時間当たりのスパイク数、スパイクの振幅、持続で構成される。MUPのパラメータがそのまま反映される傾向がある。疲労の影響が認められるため最大収縮時の検査は10秒以内に限定する。振幅は神経再支配により大きくなることもある。

### 針筋電図所見の解釈

ミオパチーは近位筋、ニューロパチーは遠位筋の筋力低下を起こすのが一般的であるがいくつかの例外が存在する。

| 分布パターン | 名称 |
| --- | --- |
| 遠位筋が強く障害されるミオパチー | 筋強直性ジストロフィー、遠位型ミオパチー |
| 近位筋が強く障害される運動ニューロン疾患 | Kugelberg-welander病 |
| 上肢近位、下肢遠位がおかされる疾患 | 肩甲腓骨症候群 |

また運動ニューロン病では系統性の有無が重要視される。系統性とは脳神経および脊髄神経支配領域(顔面、頸部、四肢)にわたり、左右ほぼ対称性に筋病変が存在することを指す。筋電図検査では顔面、頸部、上肢、下肢でその傾向を確認する。また限局性であった場合は病変分布から障害部位の同定を行う。

| 病変 | 分布 |
| --- | --- |
| 髄節性 | 脳神経核、頚、胸、腰、仙髄とその神経根 |
| 神経叢性 | 腕神経叢、腰仙神経叢 |
| 末梢神経性 | 多発神経炎型、単発神経炎型、多発単神経炎型 |
| その他 |  |

## 表面筋電図

### 表面筋電図の検査方法

表面筋電図は表面電極で筋電図を記録するものでありいくつかの筋を同時に記録することができるのが特徴である。不随意運動(AIM:abnormal involuntary movement)の補助診断としてよく用いられる。円板電極を被検筋の長軸方向に3cm毎に装着し、主動筋と拮抗筋を同時に計測するのを基本とする。また不随意運動の分布に合わせて関連する筋肉の同時記録を行う。加速度計や脳波同時記録を行うこともある。

分析される不随意運動は以下のものがよく知られている。

| 種類 | 主要疾患 |
| --- | --- |
| 振戦(tremor) | パーキンソン病、パーキンソン症候群、老人性振戦、本態性振戦、ウィルソン病、バセドウ病、脊髄小脳変性症、多発性硬化症、脳血管障害 |
| ミオクローヌス(myoclonus) | 進行性ミオクローヌスてんかん、無酸素後ミオクローヌス、口蓋ミオクローヌス、クロイツフェルトヤコブ病、亜急性硬化性全脳炎、脊髄障害 |
| 舞踏病(ヒョレア chorea) | ハンチントン舞踏病、ヒョレア、歯状核赤核ルイ体委縮症、大脳基底核石灰化症、レッシュナイハン症候群 |
| アテトーゼ(athetosis) | 脳性麻痺、ウィルソン病、大脳基底核石灰化、ハンチントン舞踏病、レッシュナイハン症候群 |
| ジストニー(dystonia) | 特発性捻転ジストニー、ウィルソン病、脳性麻痺、大脳基底核石灰化症 |
| バリズム(ballism) | 脳血管障害、脳腫瘍 |
| チック(tic) | 機能性チックなど |

不随意運動では動きの速さ、頻度、大きさ、律動性あるいは規則性の有無、出現部位、分布、出現状態(安静時、姿勢時、動作時)、影響因子(睡眠、精神的緊張、意思による抑制効果)などで分類される。筋電図としては多数のMUPグループから構成されるため群化放電をおこす。ひとつひとつのMUPを評価する場合は針筋電図で検査を行う。

### 表面筋電図の評価

不随意運動に伴う群化放電の評価項目としては以下の5つが知られている。

## 歴史

筋電計の歴史は1800年代初期のルイージ・ガルヴァーニによるカエルの実験にまで遡る。この生物電気の発見により、神経に電気を流すと筋が収縮することがわかり神経生理学の研究が始まり、記録に使用された装置は後年キモグラフとして発展した。ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ達は神経を刺激するための電気は矩形波のパルス信号が最適であることを発見して、現在でも神経刺激には短時間の矩形パルスが用いられるようになった。1820年にはガルヴァーニの功績を讃えてガルバノメータとも称される検流計をハンス・クリスティアン・エルステッドが開発したことで本格的な電気生理学的研究が開始され、ドイツのフェルディナント・ブラウンの開発した陰極線管(ブラウン管)を利用して、1920年頃にハーバート・ガッサー、ジョセフ・アーランガー達によってオシロスコープが開発され、これを用いた神経生理学研究が開始されて現在まで使用される。

1942、3年頃に脳波の計測で有名なHerbert Jasper達が筋電計の開発を開始して、1946年アメリカのHuddleston&Golsethが現在の筋電計の原型を開発して、その後、各国で改良され現在に至る。