Utilizarea curentului electric de joasă

frecvenţă în instrumentaţia

biomedicală pentru recuperare

• Electrostimularea este procedura care constă în aplicarea pe piele a unor electrozi conectaţi la un aparat care generează impulsuri electrice de intensitate, amplitudine, frecvenţă şi durată variabile. Aceste impulsuri ajung la fibrele musculare pe care le stimulează, generând contracţia acestora. Există mai multe tipuri de stimulare electrică: TES , NMES/TENS/EMS şi FES.

Electrostimularea

• TES (stimulare electrică prag) este tipul de stimulare care se realizează pe timpul nopţii; această modalitate de stimulare nu produce contracţie musculară, ci creşte circulaţia sanguină şi nivelul hormonilor de creştere la nivelul muşchilor atrofiaţi. Este folosit în tratamentul muşchilor slăbiţi ("atrofia muşchilor neutilizaţi"). Se realizează pe un termen îndelungat de 3-4 ani, după care se face o pauză şi se reia tratamentul. Este folosit noaptea pentru dezvoltarea musculară, în timp ce corpul şi creierul se află în repaus şi se utilizează la pacienţi cu vârsta mai mare de 2 ani. Acest tip de stimulare vindecă câmpurile motorii, provoacă o senzaţie foarte fină, ca o vibraţie.

• Este folosit în combinaţie cu terapiile fizice sau ocupaţionale. Rolul acestui tip de stimulare este de a întări muşchii, ceea ce duce la îmbunătăţirea abilităţilor funcţionale ale individului. Dezvoltarea musculară se realizează în 3 până la 6 luni.[74]

• Efecte adverse nu există, însă eventualele probleme care apar se datorează utilizării incorecte a acestuia: plasarea incorectă a electrozilor duce la spasme musculare; stimularea la intensităţi prea mari determină dureri musculare. Rar s-au raportat iritaţii ale pielii datorate electrozilor, acestea apărând doar dacă electrodul este uzat şi dacă individul are leziuni ale pielii.

• NMES (stimulare electrică neuromusculară) este utilizată în timpul zilei cu supraveghere de specialitate, pentru abolirea spasmelor musculare, creşte gama de mişcări realizabile, reduce şi previne atrofia musculară, realizează reeducarea muşchilor şi creşte circulaţia locală, îndepărtează durerile minore (dureri de articulaţii, dureri musculare) şi stresul, întăreşte muşchii, îmbunătăţeşte condiţia fizică. Mai este denumită EMS şi ES; tratamentul se face în timpul zilei pentru intervale scurte de timp, tratează câmpurile motorii şi funcţioneaza prin depolarizarea nervoasă. NMES foloseşte curentul electric pentru a stimula muşchii prin exerciţiu pasiv. Prin plasarea electrozilor pe un grup particular de muşchi, aceştia vor răspunde la impulsurile generate prin contracţie şi relaxare ritmică realizate de aparat. Când are loc contracţia musculară ca urmare a unui impuls EMS/TENS, schimbările chimice ce au loc în muşchi sunt similare acelora asociate cu contracţia voluntară în exerciţiul normal.

• FES (stimulare electrică funcţională) este utilizată pentru realizarea mişcărilor funcţionale controlate electric; tipul de contracţie musculară este activă, activarea secvenţelor contracţiei se face de către computer sau terapeut; aceasta produce o mişcare funcţională, iar electrozii pot fi implantaţi sau de suprafaţă.

• Este folosit în diverse cazuri de paralizii determinând contracţia muşchilor afectaţi prin distrugerea motoneuronului superior, care are loc datorită unei probleme de realizare a conexiunii dintre creier şi măduva spinării. În astfel de cazuri, nervul şi muşchiul inervat sunt integri, deşi nu primesc semnale de la creier. Când nervul nu este afectat şi motoneuronul inferior este intact, muşchiul mai poate primi încă semnale de control şi îşi poate continua dezvoltarea. În astfel de cazuri stimularea electrică aplicată nervului sau muşchiului apropiat va determina contracţia musculară.

• În cele mai multe cazuri de afectare a motoneuronului inferior, electrostimularea nu poate fi utilizată pentru a genera o contracţie musculară, deoarece conexiunea nerv-muşchi este afectată şi muşchiul nu este sănătos; în acest caz există o problemă a conexiunii între măduva spinării şi muşchi.

• Astfel de probleme apar în radiculopatii, leziuni ale plexurilor, leziuni nervoase, neuropatii, precum şi boli ale joncţiunilor neuromusculare şi boli musculare.

• Prin EMG se poate determina dacă FES este o opţiune posibilă de tratament sau nu.

• TENS (stimularea electrică nervoasă transcutanată ) este o tehnică simplă, neinvazivă, analgezică. – La folosirea TENS sunt generate impulsuri de curent de

către un generator transmise cu ajutorul electrozilor prin suprafaţa intactă a pielii.

– Modul convenţional de administrare TENS este de a folosi caracteristicile electrice care activează selectiv fibrele cu diametru mare (Aβ) fără a activa fibrele nociceptive de diametru mic (Aδ şi C). Studiile demonstreaza ca aceasta produce alinarea durerii

– Este folosit în mod special pentru tratarea simptomatică a durerii acute şi cronice nemaligne, este utilizat de asemenea în îngrijirea paleativă pentru a trata durerea cauzată de către bolile metastatice ale osului şi neoplasmului osos.

• Cele mai raspindite teorii a modului de actiune ale TENS sunt: – Teoria de control a „Portii Durerii” sugerează că prin stimularea

electrica a receptorilor nervosi senzoriali, un mecanism de tip „poarta” este închis într-un segment al măduvei spinării, prevenind transmiterea mesajelor de durere la creier şi blocarea percepţiei acesteia.

– Teoria eliberarii de endorfine: sugerează că impulsurile de stimulare electrica produc endorfine şi encefaline în organism. Aceste substanţe naturale analgetice blocheaza transmiterea la creier a mesajelor de durere, într-un mod similar tratamentul medicamentos, dar fără a exista pericolul crearii de dependenţă sau de alte efecte secundare.

– Teoria caii inhibitoare descendente: sugerează că stimulii nocivi excita fibrele nervoase subtiri, ducând la activarea substantei reticulare din trunchiul cerebral. Aceasta elibereaza serotonină (un neurotransmitator legat de satrea de bine), care la rândul său, inhibă durerea la nivelul măduvei spinării. Pe scurt spus, "durerea inhibă durerea."

• Deoarece nu există posibilitatea toxicităţii sau supradozării, pacienţii îşi pot administra TENS singuri şi să-şi titreze doza tratamentului în funcţie de necesitate.

• Efectele TENS sunt rapide de la început pentru majoritatea pacienţilor,astfel că beneficiul poate fi obţinut aproape imediat.

• În comparaţie cu tratamentul pe bază de medicamente de lungă durată, TENS este o metodă ieftină de îndepărtare a durerii.

• În condiţii fiziologice normale, creierul generează senzaţia de durere prin procesarea informaţiei nocive ce provine de la receptori, cum este lezarea tisulară.

• Pentru ca informaţia nocivă să ajungă la creier trebuie să treacă printr-o metaforică "poartă a durerii" localizată la nivelurile inferioare ale sistemului nervos central. În termeni fiziologici, poarta este formată de către sinapsele excitatorii şi inhibitorii ce reglează fluxul de informaţie nervoasă din sistemul nervos central.

• Această "poartă a durerii" este deschisă de către evenimente nocive ce au loc la nivelul sistemului nervos periferic.

• Poarta durerii poate fi închisă prin activarea mecanoreceptorilor de către "depolarizarea pielii". Acest lucru generează activitate în fibrele Aβ aferente, care inhibă transmisia informaţiei nocive.

• Această închidere a "porţii durerii" are ca rezultat scăderea informaţiei nocive care ajunge la creier, reducând senzaţia de durere.

Principii fizice ale TENS • Caracteristicile electrice ale TENS sunt alese cu privire la

activarea selectivă a grupelor diferite de fibre nervoase pentru că produc efecte analgezice diferite.

• Un dispozitiv TENS standard produce un domeniu de căi posibile prin care curenţii pot fi transmişi astfel încât este important de revăzut principiile activării fibrei nervoase.

• Fibrele nervoase de diametru mare cum sunt Aβ şi Aα au praguri joase de activare la stimuli electrici în comparaţie cu corespondentele lor de diametru mic (Aδ şi C).

• Amplitudinea curentului necesară pentru a excita o fibră nervoasă scade odată cu creşterea duratei impulsului şi a frecvenţei sale.

• Durate ale impulsurilor de 10-1000μs determină cea mai bună separare (şi sensibilitate) a amplitudinii impulsurilor necesară pentru activarea selectivă a fibrelor aferente de diametru mare, de diametru mic şi a fibrelor eferente motorii.

• Astfel, pentru a activa fibre de diametru mare (Aβ) fără a activa fibrele nociceptive de diametru mic (Aδ şi C) trebuie selectaţi curenţi de intensitate mică, frecvenţa mare (10-250 p.p.s.) cu durate ale impulsurilor între 10-1000 μs.

• Crescând durata impulsului se va determina activarea fibrelor de diametru mic la amplitudini joase ale impulsului.

• În practică este dificil de prevăzut natura exactă şi distribuţia curenţilor când traversează suprafaţa intactă a pielii datorită impedanţei complexe şi neomogene a ţesutului.

• Totuşi, întrucât pielea are o impedanţă mare, la frecvenţa impulsurilor folosite de către TENS este probabil că şi curenţii vor rămâne superficial stimulând fibrele nervoase cutanate şi nu fibrele nervoase musculare şi viscerale aflate în profunzime.

• În plus, diferite dispozitive TENS folosesc o varietate de forme de undă ale impulsurilor. În majoritatea cazurilor, acestea pot fi împărţite în forme de undă monofazice şi bifazice.

Diagrama schematică a caracteristicilor la ieşire a unui dispozitiv TENS standard (vedere topografică)

- Fiecare linie verticală reprezintă un impuls- Scala de control a intensităţii (I) reglează amplitudinea curentului

impulsurilor individuale; - Scala de reglare a frecvenţei (F) controlează frecvenţa impulsurilor

transmise (pulsuri pe secundă=p.p.s); - Scala de control a duratei impulsului (D) reglează durata fiecărui impuls.

Durata de activare a fibrelor nervoase Forme de undă ale impulsurilor folosite în TENS

Forma de undă a impulsurilor asimetrice bifazice folosite în TENS

Activarea fibrelor folosind TENS

• Catodul este acela care excită axonul, astfel că acesta este plasat aproape de anod pentru a preveni blocajul transmiterii nervoase datorat hiperpolarizarii.

• Dispozitivele care folosesc forme de undă bifazice cu scurgere de curent zero vor alterna catodul şi anodul între cei 2 electrozi. Scurgerea de curent zero poate preveni creşterea concentraţiilor de ioni de sub electrozi, prevenind reacţiile alergice ale pielii datorită concentraţiilor polare.

Modele de impulsuri pentru dispozitivele TENS

Activarea fibrelor Aβ aferente

Tipuri de TENS

• TENS Standard– Scopul Tens Standard este de a activa selectiv fibrele

Aβ de diametru mare fără a activa în acelaşi timp fibrele de diametru mic Aδ şi C (legate de durere) sau fibrele musculare eferente. Dovezi din studiile pe animale şi oameni susţin ipoteza conform căreia TENS standard produce analgezie segmentală cu o declanşare şi închidere rapidă şi care este localizat pe dermatom.

– Teoretic, impulsurile de curent de frecvenţă mare şi intensitate scăzută sunt cele mai eficace pentru activarea selectivă a fibrelor de diametru mare, deşi în practică acest lucru va fi obţinut ori de câte ori utilizatorul TENS afirmă că simte o parestezie confortabilă la locul aplicării electrozilor.

• În timpul folosirii TENS standard curenţii sunt de obicei transmişi între 10-200 p.p.s., şi 100-200μs cu o amplitudine a pulsului titrată pentru a produce o parestezie puternică, confortabilă şi nedureroasă.

• Întrucât fibrele cu diametru mare au perioadele de refracţie scurte pot genera impulsuri nervoase la frecvenţe înalte.

• Aceasta înseamnă că sunt mult mai capabile să genereze salve de impulsuri nervoase de frecvenţă înaltă când sunt percepuţi curenţi de frecvenţă mare.

• Astfel, vor fi produse baraje aferente mai mari în fibre nervoase de diametru mare când sunt folosite frecvenţe înalte (10-200p.p.s.).

• Modelul transportului impulsului este de obicei continuu, deşi TENS standard poate fi obţinut de asemenea prin transmiterea impulsurilor în "cascadă" sau "trenuri" şi acest lucru a fost descris de unii autori ca TENS pulsat sau cascadat (Walsh, 1997; Woolf şi Thompson, 1994).

• Este posibil ca TENS standard şi TENS cascadat să producă efecte similare când sunt folosite la un nivel puternic dar confortabil fară a fi însoţite de spasme musculare

• TENS de tip acupunctură (AL-TENS)– AL-TENS ar trebui să fie definit ca o inducţie a fazelor

contracţiilor musculare forţate dar nedureroase ale miotoamelor legate de originea durerii.

– Scopul AL-TENS este de a activa selectiv fibrele de diametru mic (Aδ sau grupul III) care se ivesc dintre muşchi (ergoreceptori) prin inducţia contracţiilor fazice ale muşchiului. Astfel, TENS este transmis prin punctele motorii pentru a activa fibrele eferente Aα care generează un spasm fazic muscular, ceea ce determină activitatea ergoreceptorilor.

– Pacienţii raportează discomfort când sunt folosite impulsurile de frecvenţă joasă pentru a genera spasme musculare astfel încât sunt preferat de folosit cascade de impulsuri.

– Probele sugerează că AL-TENS produce analgezie extrasegmentală într-un mod similar aceluia sugerat pentru acupunctură.

– Totuşi, există o contradicţie în folosirea termenului "AL-TENS"; este descris ca folosirea TENS în punctele de acupunctură independent de activitatea musculară.

Activarea selectivă a grupului de fibre eferente I (GI)

• TENS intensiv– Scopul acestui tip de TENS este de a activa fibrele aferente

cutanate Aδ de dimensiuni mici prin transportul stimulului la nivelul nervilor periferici de la nivelul locului dureros la o intensitate care este tolerată de către pacient.

– Astfel, stimulul este transportat la locul dureros sau pachetul nervos principal aflat la locul durerii folosind curenţi de înaltă frecvenţă şi de joasă intensitate care sunt suportabili de către pacienţi.

– Întrucât TENS intensiv acţionează în parte antiiritant poate fi administrat doar pentru o perioadă de timp scurtă, dar se poate dovedi a fi util pentru proceduri chirurgicale minore cum ar fi bandajarea rănilor şi îndepărtarea suturilor.

– Activitatea indusă în fibrele aferente Aδ cutanate de către TENS s-a dovedit a produce un blocaj periferic al activităţii aferente nociceptive şi o analgezie segmentală şi extrasegmentală

– Relaţia teoretică între frecvenţa pulsului, durată şi model poate fi afectată întrucât curenţii urmează calea rezistenţei minime prin ţesutul subcutanat.

– Astfel, în practica clinică este utilizată o apropiere de tip experienţă şi eroare prin care pacienţii reglează amplitudinea, frecvenţa şi durata curentului pentru a produce rezultatele dorite.

Activarea fibrelor Aδ aferente

• Raportul pacientului privind senzaţia produsă de către TENS este modul cel mai simplu de evaluare a tipului fibrelor active.

• O parestezie electrică puternică nedureroasă este mediată de către fibrele aferente de diametru mare şi o parestezie electrică moderat-dureroasă este mediată prin folosirea fibrelor aferente de diametru mic.

• Prezenţa unei contracţii musculare fazice puternice şi nedureroase poate excita ergorecentorii musculari.