VYUŽITÍ ELEKTROTERAPEUTICKÝCH PROUDŮ TYPU TENS VE FYZIOTERAPII

Overview

S cílem sledovat reaktibilitu lidských tkání při průchodu elektroléčebných proudů organismem byla provedena studie, kde byl aplikován proud TENS s asymetrickými pulzy na oblast motorického bodu paravertebrálního svalu a pomocí EMG byla sledována reakce na místech vzdálených od místa aplikace. Pro vyhodnocení naměřených dat byla využita spektrální analýza provedená v programu MyoResearch XP Master. Šíření elektrického potenciálu v organismu přesahuje lokalitu drážděného svalu, aplikovaná frekvence použitého proudu se v organismu nezobrazí ve frekvenci použité, nýbrž ve svých násobcích.

Klíčová slova:
šíření elektrického potenciálu, TENS, povrchová elektromyografie, fyzikální terapie

Úvod

Otázkou a zároveň hypotézou této studie bylo, zda aplikace určité frekvence TENS proudů v organismu bude registrovatelná i v tkáních vzdálených nejen v místě aplikace proudu. Uvádí se, že zvolená frekvence TENS proudu s sebou nese určitou nutnou míru intenzity proudu (optimální pro danou frekvenci), a tím i odlišný efekt dle použité frekvence a intenzity proudu. Nižší frekvence (kolem 50 Hz) působí dráždivě a naopak vyšší frekvence (kolem a nad 100 Hz) působí analgeticky (8).

Z důvodu značné variability v možnosti použití TENS proudu pro terapii jsme se rozhodli provést níže uvedenou studii, při které nás zajímalo, zda se bude TENS proud aplikovaný do motorického bodu paravertebrálního svalu šířit dále, a to mimo lokalitu drážděného svalu, a zdali frekvence, která se použije pro dráždění svalu, je shodná s frekvencí snímanou pomocí EMG. 

METODIKA STUDIE

Výzkumné otázky, zda elektroterapie vybraného svalu má vliv na svalovou tkáň vzdálené části těla ve smyslu šíření elektrického potenciálu a jaký vliv na šíření elektrického potenciálu organismem má použitá frekvence elektroterapeutického proudu, nás vedly k položení následujících hypotéz:

1. Šíření elektrického potenciálu v organismu bude při stimulaci přesahovat lokalitu drážděného svalu.
2. Šíření elektrického proudu bude při použití různých frekvencí odlišné.
3. Snímaná frekvence ve svalech bude stejná jako frekvence aplikovaná.

Výzkumný soubor tvořilo 6 jedinců, studentů fyzioterapie, ve věkovém rozmezí 21-30 let, bez jakéhokoliv aktuálního onemocnění. K technickému vybavení, nutnému pro aplikaci nízkofrekvenčního proudu typu TENS, byl použit elektroterapeutický přístroj Physys od společnosti Zimmer MedizinSystem. Elektroterapie je aplikována s využitím jednorázových nalepovacích elektrod o velikosti 56x56 mm. Pro polyelektromyografické vyšetření je použit 8kanálový telemetrický EMG přístroj Noraxon, software MyoResearch XP Master. Ke snímání elektrického potenciálu jsou využity jednorázové bipolární snímací elektrody.

Provedení experimentu

Probandovi, v poloze vleže na břiše, byly aplikovány bipolální registrační elektrody, a to oboustranně v místech motorických bodů těchto svalů (pokožka předem očištěna lihem): m. triceps brachii caput longum, m. trapezius superior, m. biceps femoris caput laterale, mm. erector spinae pars lumbalis.

V místě paravertebrálních svalů vlevo jsou registrační elektrody uloženy mezi elektrody stimulující. Elektrody jsou umístěny v průběhu svalových vláken. Interelektrodová vzdálenost je 3 cm a okraje elektrod se dotýkají. Zemnící elektroda je na malleolus medialis lat.sin. Pro dráždění jsou využity elektrody o stejném rozměru (56x56 mm). Anoda je uložena na bederní části levého paravertebrálního svalu, katoda v místě motorického bodu téhož svalu.

Během měření je v místnosti zachována stále stejná teplota, a to 23 ^oC. K dráždění je použit proud TENS - alternující, frekvence 52 Hz, délka impulzu 25 ms, délka pauzy 19 ms. Mezi aplikacemi je tříminutová pauza. Postup je dodržen u všech probandů.

Naměření jednoho probanda se skládá z následujících fází:

• Test interferujícího šumu při vypnutém a ze sítě odpojeném elektroterapeutickém přístroji, doba měření 60 s
• Test interferujícího šumu při zapnutém elektroterapeutickém přístroji, doba měření 60 s
• TENS alternující o frekvenci 45 Hz, intenzita prahově senzitivní, doba aplikace a záznamu 90-120 s
• TENS alternující o frekvenci 121 Hz, intenzita prahově senzitivní, doba aplikace a záznamu 90-120 s
• TENS alternující o frekvenci 235 Hz, intenzita prahově senzitivní, doba aplikace a záznamu 90-120 s

Analýza a zpracování dat

Naměřená data jsou importována do programu MyoResearch Xp 1.06.21 Master Edition (obr. 1). Záznam vybraného časového úseku je vyhodnocen spektrální analýzou. Dle doporučení Pánka a kol. (6) je v této práci zvolen pro analýzu časový interval do 10 s, v našem případě se jedná o 40–50 s naměřeného záznamu. Provedená spektrální analýza je založena na rychlé Fourierově transformaci, která analyzuje frekvenční charakteristiky hrubého EMG signálu (5). Výsledkem je graf doplněný tabulkou hodnot, které charakterizují intenzitu signálu (v μV²) v jednotlivých frekvenčních úsecích (Hz). Výsledky jsou pro lepší orientaci a přehlednost převedeny do sloupcové podoby v programu Excel. Z důvodu nízkého počtů probandů není použita žádná statistická metoda. 

Vymezení

Experimentu se zúčastnilo 6 jedinců v konkrétní věkové hranici, proto nelze výsledky a úvahy zobecňovat na širší populaci. Omezení spočívá v řadě faktorů, které mohou EMG signál získaný z povrchových elektrod ovlivnit. Podle DeLuca (3) se jedná o lokalizaci elektrody na svalu, vzdálenost mezi registrační elektrodou a sledovanými svalovými vlákny, interferenci z okolních sítí a podobně.

VÝSLEDKY A VYHODNOCENÍ

Test interferujícího šumu

Očekávali jsme vnější rušení ve smyslu 50 Hz síťové frekvence, proto byl proveden elektromyografický záznam při odpojeném terapeutickém přístroji od elektrické sítě. Další měření bylo provedeno při zapojeném a zapnutém přístroji. V obou případech byly ve frekvenčním pásmu 0-40 Hz zjištěny hodnoty výkonu do 3 μV² v m. erector spinae a m. trapezius bilat. Dle Dufka (4) se jedná o pohybové artefakty vznikající na rozhraní mezi elektrodou, kůží a zesilovačem s dominantní frekvencí 20 Hz. Ve frekvenčním pásmu 40-60 Hz (předpokládané síťové frekvenci) je elektrická aktivita viditelná téměř ve všech svalech. Jedná se o výkon v desítkách μV², mají však ryze individuální charakter a nelze popsat trend specifický pro všechny probandy. Pro názornost uvádíme grafické vyjádření existence elektrické aktivity v jednotlivých svalech při vypnutém a terapeutickém přístroji u vybraného probanda.

Aplikace TENS proudu o frekvenci 45 Hz

Při aplikaci TENS proudu o frekvenci 45 Hz je elektrická aktivita měřitelná ve všech frekvenčních pásmech. Nejvyšší hodnoty výkonu dosahuje v oblasti levého paravertebrálního svalu v pásmu 20-40 Hz. Ve stejném frekvenčním pásmu v témže svalu na pravé straně těla jsou hodnoty výkonu několikrát nižší než vlevo. Není však patrný tentýž pokles u jednotlivých probandů. Z grafu je zřejmé, že hodnoty výkonu se snižují, a to v pravidelných 40 Hz intervalech (tedy ve frekvenčních rozmezích 20-40 Hz, 60-80 Hz, 100-120 Hz). Poté následuje 40 Hz „pauza“ s nízkými μV² hodnotami. Pak znovu 4x za sebou hodnoty vyšší v pravidelných 40 Hz intervalech. Tento proces se dále opakuje. Nižší hodnoty se objevují v podobném sledu ve frekvenčním pásmu 40-60 Hz, 80-100 Hz, 120-140 Hz, 160-200 Hz (obr. 3).

Při aplikaci TENS proudu o frekvenci 45 Hz se u probandů objevují hodnoty výkonu v mm. trapezii do 15 μV² (tab. 1). Lze tedy konstatovat, že  dochází v nízkých hodnotách k šíření elektrického potenciálu do m. trapezius oboustranně.

Aplikace TENS proudu o frekvenci 121 Hz

Při aplikaci TENS o frekvenci 121 Hz se nejvyšší hodnoty výkonu nalézají také v oblasti paravertebrálního svalu vlevo, ve frekvenčním pásmu 60-80 Hz. Vyšší hodnoty se dále objevují v pravidelných 120 Hz intervalech. Významné hodnoty pak ve frekvenčním pásmu 100-120 Hz. Tyto se dále opakují po 120 Hz frekvenci. Popisovaná situace je znázorněna na obr. 4. Elektrická aktivita v m. erector spinae bilat. je v tabulcezřejmá ve všech frekvenčních pásmech, ale pro svou nízkou hodnotu není v grafu znázorněna.

U všech probandů se objevují hodnoty výkonu do 10 μV² v obou m. trapezius. U jednoho testovaného (proband 2) je ve jmenovaných svalech vyšší–do 100 μV². Minimální hodnoty jsou patrné i u dalších svalů. Při aplikaci TENS proudu o frekvenci 121 Hz tedy dochází k šíření do m. trapezius oboustranně a do dalších vzdálených svalů dle individuality.

Aplikace TENS proudu o frekvenci 235 Hz

Při aplikaci TENS o frekvenci 235 Hz se nachází elektrická aktivita v m. erector spinae bilat. ve všech frekvenčních pásmech. Nejvyšší hodnoty výkonu jsou ve frekvenčním pásmu 100–120 Hz. Vlevo jsou opět hodnoty vyšší než na pravé straně.  Hodnoty se dále objevují v intervalech 240 Hz s klesající tendencí. Hodnoty se stejným parametrem, ve smyslu 240 Hz rozmezí, ale se stoupající tendencí, jsou zřejmé od frekvence 200–240 Hz (obr. 5).

Stejně jako u frekvence 121 Hz i zde se u všech probandů objevuje signál v obou mm. trapezii. Jedná se o hodnoty do 20 μV². Pouze u probanda 2 lze nalézt hodnoty do 350 μV² (viz plná verze práce). Při aplikaci TENS proudu o frekvenci 235 Hz dochází k šíření do m. trapezius oboustranně a do dalších vzdálených svalů dle individuality (tab. 2).

Výsledky – trendy

Z celkového vyhodnocení je zřejmé, že pustíme-li do lidského organismu prostřednictvím elektroterapie proud o určité frekvenci, tento se v něm vyskytuje, nikoliv však v předpokládané aplikované frekvenci, ale v jejich násobcích. Spektrální analýza podala výsledky ve 20 Hz frekvenčních pásmech. Při dohledání konkrétních hodnot bylo zjištěno, že se jedná o násobky aplikované frekvence. V tomto případě tedy o násobky 45 Hz, 121 Hz, 235 Hz. Hodnoty se zvyšující frekvencí se vyskytují ve dvou tendencích – stoupající a klesající. Počátek této tendence je u každé aplikované frekvence jiný, u všech probandů však shodný. Nejvyšší naměřené hodnoty, a tedy počátek frekvenčních násobků s klesajícím trendem, odpovídají 50 % aplikované frekvence (obr. 6 - vybrán TENS o frekvenci 121 Hz, zde je popisovaná situace nejlépe zřetelná).

Hypotéza č. 1: Šíření elektrického potenciálu v organismu přesahuje při stimulaci lokalitu drážděného svalu. Nabízí se však otázka, zdali hodnoty o velikosti do 10 μV² (objevující se např. v m. trapezius oboustranně), jsou z hlediska šíření elektrického potenciálu významné.

Hypotéza č. 2: Šíření elektrického proudu je při použití různých frekvencí odlišné. Při aplikaci TENS proudu o frekvenci 45 Hz došlo k šíření elektrického potenciálu pouze do mm. trapezii. Při vyšších frekvencích (121 Hz, 235 Hz) došlo k šíření i do vzdálenějších svalů v závislosti na individualitě. 

Hypotéza č. 3: Snímaná frekvence ve svalech není stejná jako frekvence aplikovaná. Aplikovaná frekvence se v organismu nezobrazí ve frekvenci použité, tedy není stejná jako aplikovaná. Ta se naopak objevuje v organismu ve svých násobcích. Dochází tedy k rozrezonování základní stimulační frekvence. 

ZÁVĚR

Při aplikaci TENS proudu o různých frekvencích dochází k šíření elektrického potenciálu do vzdálených svalů. Největší hodnoty výkonu byly naměřeny v místě aplikačních elektrod, tedy v oblasti levého paravertebrálního svalu. Vpravo byly hodnoty několikrát nižší, avšak rozdílně u jednotlivých probandů. Hodnoty, zjištěné na ostatních svalech, byly měřitelné, nicméně řádově nižší. Nicméně i malou intenzitu signálu je v tomto případě třeba respektovat, a tedy konstatovat, že k šíření elektrického potenciálu dochází. Skutečnost, že aplikovaná frekvence má v těle charakter násobku (tedy rezonanční), je velice překvapivá. Nabízí se proto otázka, zdali tato vlastnost je dílem CNS, či se uplatňuje periferní vliv (dráždivost membrán, gama-systém), nebo je to záležitost kombinovaná. Co se děje v tomto případě v biologické tkáni, přesně nevíme. Vzhledem k tomuto zjištění se stává diskutabilním léčebný efekt elektrického proudu TENS. V literatuře jsou autory (1, 7, 8, 9) doporučeny konkrétní frekvence s určitým účinkem na organismus. Např. při aplikaci frekvence 50 Hz se předpokládá stimulační účinek, při frekvenci 100 Hz analgetický účinek. Je otázkou, do jaké míry mají tyto frekvence opravdu požadovaný efekt. Kdybychom vzali v úvahu výsledky této práce, tak je zřejmé, že aplikované frekvence se v organismu vůbec nezobrazuje. Organismus reaguje jistou transformací počáteční frekvence do dalších frekvencí, které jsou zaznamenatelné.

Práce má charakter analyticko-experimentální studie, prováděné na akademické půdě FTVS UK v Praze, kineziologické laboratoři katedry fyzioterapie. Práce má souhlas etické komice FTVS UK a podepsaný informovaný souhlas zúčastněných probandů.

Příspěvek vznikl s podporou VZ MŠMT ČR MSM 0021620864 a SV. 

PhDr. Jitka Čemusová, Ph.D.

Katedra fyzioterapie FTVS UK

J. Martího 31

162 52  Praha 6