ELEKTROMUSKELSTIMULATION

Muskelkontraktionernes fysiologi
Skeletmusklerne udfører deres funktioner ved hjælp af en kontraktionsmekanisme.
Når en person beslutter at gøre en bevægelse, sender det motoriske center i hjernen et elektrisk signal til musklen, som skal kontrahere sig for at udføre den bevægelse, personen har bestemt.
Når signalet når musklen, frembringer den motoriske endeplade i muskeloverfladen depolariseringen af musklens membran og frigivelsen af Ca⁺⁺-ioner. Ca⁺⁺-ionerne, der reagerer med aktinerne og myosin, aktiverer kontraktionsmekanismen, hvilket følgelig resulterer i forkortelse af musklen.
Den mængde energi, der er nødvendig til kontraktionen, leveres af adenosintrifosfat (ATP) og opretholdes af et energiopladningssystem baseret på aerobe og anaerobe energimekanismer, som forbruger kulhydrater og fedt. Med andre ord er elektrostimulation ikke en direkte energikilde, men fungerer som et redskab til igangsættelse af muskelkontraktion.
Den samme type mekanisme aktiveres, når kontraktionen (eller trækningen) sættes i gang af elektromuskelstimulatoren (EMS). De udfører den samme funktion som en impuls overført naturligt af det motoriske nervesystem.
Når kontraktionen er slut, slapper musklen af og vender tilbage til sin oprindelige tilstand.

Isotoniske og isometriske kontraktioner
En isotonisk kontraktion manifesterer sig, når de involverede muskler under en bevægelse overvinder modstanden udefra og bliver kortere og således fremprovokere en konstant spændingstilstand i seneenderne. Når udefra kommende modstand hæmmer musklens bevægelse, fremkalder muskelkontraktion en forøgelse af spændingen i yderpunkterne i stedet for at fremprovokere en forkortende virkning. Dette kaldes isometrisk kontraktion. Ved elektrostimulation anvendes normalt stimulation med henblik på isometriske forhold som følge af dens evne til at fremprovokere en mere kraftfuld og effektiv kontraktion.

Tens

Transkutan Elektrisk NerveStimulation (TENS) er stimulation (med smertelindrende formål), som påføres vha. impulser, som trænger ind i det perifere nervesystem, via elektroder placeret direkte på de områder, der skal behandles.
TENS-stimulation opnås typisk ved at anvende bifasisk og symmetrisk (firkantbølge-) strøm med frekvenser, som kan variere fra 8 til 200 Hz. Denne type smertelindrende stimulation, som bekæmper smerter uden brug af farmaceutiske midler, gør brug af to forskellige fysiologiske mekanismer for at opnå følgende resultater:

1. Endogen beta-endorfin-produktion og enkefalinproduktion forårsaget af aktivering af endorfinsystemet vha. lavfrekvent stimulation (< 8 Hz). Denne type stimulation, som har en lav risikofaktor, frembringer en generel smertelindrende virkning.

2. Produktion af serotonin og blokering af smertesignaler (gate control) i retning mod centralnervesystemet. Der anvendes i dette tilfælde højere stimulusfrekvensniveauer (begyndende ved 80 Hz). Serotonin- og "gate control"-mekanismen har en meget hurtig, smertelindrede virkning, men den er af kort varighed.

ANVENDELSESMETODE
TENS, som bruger en bifasisk, symmetrisk udligningsstrøm, har to forskellige anvendelsesområder:
- segmenteret hæmning af følsomhed over for akutte lokaliserede smerter
- frigivelse af endorfiner til behandling af kroniske og diffuse smerter.

SMERTELINDRENDE VIRKNING VED SEGMENTERET HÆMNING AF FØLSOMHED
Der er i menneskekroppen to typer afferente nervefibre, dvs. fibre som overfører perifer information til hjernen. Den første type er fibre med store diametre kaldet A-beta-fibre, som er ansvarlige for overførsel af berøringsinformationer fra det perifere nervesystem til det centrale. Den anden type, kaldet A-delta-fibre, har en mindre diameter og overfører smertefornemmelser til hjernen. En anden faktor, der adskiller disse to typer fibre, er, at den førstnævnte har et lavt aktiveringsniveau, mens den anden har en meget højere aktiveringstærskel. Langs med den bane, som overfører smertesignalet fra det perifere til det centrale nervesystem, er der i rygmarven en interneuronhæmmer, som tjener som en signalvælger.

Da TENS-strømmen stimulerer A-beta-fibrene med store diametre, aktiverer den interneuronhæmmeren. Aktiveringen, som gør det besværligt for smertesignaler at nå hjernen, blokerer overførselen af smerter.
Denne mekanisme er blevet kaldt "gate effect" eller "gate control" af Melzack og Wall, som var de første, der identificerede fænomenet i 1965.

Ved denne metode skal TENS-stimulationens strømimpulser være af kort varighed (<1 ms) med en frekvens på 80-150 Hz. Styrken skal være behagelig (ikke smertefuld) og kun frembringe en let prikkende fornemmelse (følefornemmelsestærskel). For at være virkningsfuld, skal behandlingen vare i mindst 30 minutter.

SMERTELINDRENDE MEKANISME VED FRIGIVELSE AF ENDORFINER
Endorfiner og enkefaliner, proteiner der produceres i hjernen, har funktioner, der ligner morfins, og de forefindes i forskellige dele af centralnervesystemet. De er derfor særligt effektive til dæmpning af smerter.
Disse endogene morfiner er kroppens naturlige smertelindrende neuromediatorer. De kan hæfte sig til retikulært væv på cellestrukturer, såsom thalamus, og frembringe en dæmpende virkning, som kan sammenlignes med morfins. Elektrostimulation med TENS-strøm kan stimulere frigivelsen af disse morfinlignende endogene stoffer.

Forskning har faktisk vist, at behandlingsseancer på 30 minutter med lavfrekvent strøm af høj styrke, der kan producere rytmiske muskelstød tæt på smertegrænsen, kan forøge endorfinniveauerne med 20 % over det normale niveau. Stigningen i endorfinniveauer bevares i 30 minutter efter afslutning af behandlingen.

Mikrostrøm

Elektrisk Neuromuskulær Stimulation med Mikrostrøm eller MENS (Microcurrent electrical neuromuscular stimulation), anvender i modsætning til almindelig elektroterapi, hvor der anvendes mA-strøm, strøm, hvis styrke varierer fra 10 til 500 µA (mikroamperer: milliontedele af en ampere).
Megen videnskabelig forskning viser, at synteseniveauet for ATP (adenosin 5'-trifosfat) forøges ved tilførsel af mikrostrøm, mens den på det anden side senere ser ud til at blive dæmpet, når der tilføres endogen mA-strøm.

Især når stigningen i ATP-syntesen sit maksimumniveau takket være administration af strøm på 500 µA, mens den efter dette styrkeniveau hurtigt falder. I betragtning af dette er det vigtigt at huske, at ATP repræsenterer den vigtigste kilde til intracellulær kemisk energi i alle levende organismer, og at det kan anvendes til en lang række biologiske aktiviteter, herunder helingsprocesser i beskadiget væv.

Et andet meget interessant aspekt ved anvendelse af MENS er, at mængden af alfa-aminobutansyre stiger markant pga. anvendelse af en hexogen strøm begyndende med et styrkeniveau på 10 µA, mens der modsat ville være en hæmmende virkning, hvis man begynder med et styrkeniveau på 750 µA. Idet stigningen i alfa-aminobutansyre er væsentlig for proteinsyntesemekanismen (som er årsagen til vævsreparationsprocesserne), kan en niveaustigning på 30-40 %, som den der fremkommer takket være MENS-anvendelse, spille en væsentlig rolle ved celle-rekonstruktionsprocesserne.

Basismekanismen, som afgør stigningen i ATP-syntesen, består i alt væsentligt i, at der under MENS-induceret elektrostimulation dannes en protongradient, dvs. en ændring i protonkoncentrationen, som bestemmer påbegyndelsen af et protonflow fra anoden til katoden.

Dette protonflow gennem mitokondriemembranen bestemmer en stigning i ATP-dannelsen, som så igen stimulerer transporten af aminosyrer, to faktorer, der er væsentlige for forøgelsen af proteinsyntesen.

MENS-terapi

MENS-terapi omfatter normalt to forskellige faser, hvoraf den første sigter mod at mindske smerterne, som patienten føler, mens den anden fase fremmer protein- og ATP-syntesen, hvorved vævshelingsprocessen fremskyndes. Behandlingsvarigheden er normal 15-30 minutter for den første fase og mellem 5 og 10 minutter for den anden fase. De hyppigst anvendte parametre, som dog varierer i overensstemmelse med typen af sygdom, der behandles, er for den første fase: Styrkeniveauer på 1-5 µA med en frekvens på ca. 5 Hz og med 250 ms brede pulsationer, hvorimod de normalt anvendte parametre for den anden fase er som følger: Et styrkeniveau på mellem 10 og 200 µA med en frekvens på mellem 0,3 og 1 Hz med en pulsbredde på mindst 100 millisek.

• Reduktion af ødemer og hævelse af det traumatiserede område

• Osteoartritis

• Stimulation af processerne til produktionen af bruskproliferation.

• Acceleration af senereparationsprocesser

• Lettelse af osteogeneseprocessen

Kots-strøm

Dr. Yakov Kots blev berømt for at bruge elektrostimulation i træningsprogrammet til de russiske sportsfolk, og hans deraf resulterende undersøgelser blev gjort offentligt tilgængelig ved de olympiske lege i Montreal 1976.

Den elektriske strøm, der blev anvendt til stimulation af sportsfolkene, blev kaldt russisk strøm eller Kots-strøm, og den blev snart også anvendt af sportsfolk fra andre lande og blev således en udbredt sportstræningsmetode.

Dr. Kots definerede egenskaberne for den strøm, som bærer hans navn, efter angiveligt at have udført omfattende forskning og eksperimenteren:

- strømform: sinusformet (den løber gennem muskelvæv i vekslende retninger)

- den har en frekvens på 2500 Hz, når den påføres muskelmasse (1000 Hz hvis den påføres direkte på nerver)
- burst-stimulation på 10 sekunder med elektriske impulser.

For at undgå for tidlig udtrætning af musklen, som indtræffer efter 12-15 sekunders kontinuerlig stimulation, bestemte Kots den ideelle arbejdsvarighed til 10 sekunder (pulseret i sæt på 10 ms vekslende med en pause på 10 ms) efterfulgt af 50 sekunders hvile med en arbejdscyklus på 1:5.

Brug af Kots-strøm på det medicinske felt

Nye videnskabelige opdagelser vedrørende kontraktionsmekanismen i muskelmasse og en ny teknologi, som kan generere impulser af forskellige former (forkantede, trekantede, trapezformede) førte til, at den sinusformede strøm til elektrisk stimulation af musklerne gradvist blev opgivet til sportsformål til fordel for den mere præformaterede strøm med en bifasisk firkantbølge symmetrisk med frekvenser, som veksler fra 30 til 120 Hz. Kots-strømmen blev ikke desto mindre fortsat anvendt på det medicinske felt, hvor den stadig havde gyldige anvendelsesområder på grund af egenskaberne:

1) God muskelrekruttering

2) Dyb virkning

Den motoriske stimulationsvirkning af Kots-strøm realiseres i modsætning til andre strømtyper dybt inde i musklen, fordi den yder mindre modstand mod denne strøm. Det er faktisk påvist, at hudens modstand mindskes, efterhånden som frekvensen øges.

Maksimal tolerance

Blandt de forskellige former for motorisk stimulerende strøm tåles sinusformet strøm med mellemfrekvenser bedst af patienten. Det skyldes, at der skabes en uoverensstemmelse mellem muskelkontraktionstærsklen og tærsklen smertefølsomhed, når strømmens frekvens øges.

Ved en frekvens på mellem 3.000-8.000 Hz er tærsklen for smertefølsomhed højere end tærsklen for motorisk stimulation. Ved disse frekvenser stimulerer de elektriske impulser de motoriske nervefibre mest og de smertefølsomme fibre mindst og fremprovokerer derfor praktisk talt smertefrie muskelkontraktioner.

Anvendelsesområder for Kots-strøm

Den sinusformede Kots-strøm har dog fundet et vigtigt anvendelsesområde inden for ortopædi til behandling af skoliose efter SPES-metoden (Surface Paravertebral Electro Stimulation (paravertebral overflade-elektrostimulation). Paravertebral elektrostimulation er en relativt ny metode, og dens værdi er endnu genstand for diskussion, men det må erkendes, at den i visse velvalgte tilfælde faktisk kan udsætte brugen af et korset uden risiko for patienten. Et andet område, hvor elektroterapi af innerverede muskler kan anvendes, er funktionel elektrisk stimulation (FES).

Der findes utallige videnskabelige forsøg, som beskriver elektrostimulation af hemiplegikere via elektrisk stimulation af ikke-spastiske muskler med manglende nervekontrol med det formål at fremprovokere en muskelkontraktion, som derefter kan frembringe en funktionel bevægelse. Man skal huske, at hemiplegikere ikke har muskelparalyse som følge af læsioner i de perifere nerver, lige som musklernes kontraktionsevne ikke er ændret. Der vil derfor være tilstande, hvor der kan anvendes elektrostimulation.

Elektroterapi med Kots-strøm anvendes også med held ved muskeltransplantater for at sikre tilstrækkelig forsyning af næringsstoffer og ilt til den nytransplanterede muskels funktion samt for at hjælpe patienten med at opnå viden om hans/hendes nye funktionelle tilstand takket være tilførslen frembragt af den inducerede muskelkontraktion.

Interferensstrøm

Denne type strøm kaldes interferensstrøm, fordi den former og interfererer med bløddelsvævet på det punkt, hvor de to mellemfrekvente vekselstrømme skærer hinanden.
Interferensstrøm (IFC) er en mellemfrekvent (2500 Hz – 4000 Hz – 10.000 Hz) sinusformet vekselstrøm med bred modulation karakteriseret ved dens evne til dyb vævspenetration, og den tåles godt, selv af de patienter der er mest følsomme for smerter.
Den smertestillende virkning af den bipolære interferensstrøm med en modulationsfrekvens på mellem 0 og 200 Hz sendes til gate control-mekanismen for at stimulere den hæmmende mekanisme, blokere for overførselen af perifere smerter og fjerne smertestimulatorerne i det afficerede område på samme måde som en transkutan elektronervestimulations-strøm (TENS-strøm).
Ved at variere frekvensen af den anvendte modulation kan der frembringes en motorisk stimulationsvirkning, som ved at aktivere muskelpumpen medvirker til at returnere det venøse blodflow.

Kliniske anvendelsesområder
Interferensstrøm er specielt tilpasset til brug ved behandling af artritis (gigt) i dybe led (hofte, lænderygsøjlen), dyb tendonitis (senebetændelse) og muskelhypotrofi af dybtliggende, normalt innerverede muskler.
Interferensstrømsterapi anvendes i reglen ved fysioterapi med henblik på motorisk stimulation og af hensyn til dens smertestillende virkninger.

Terapeutiske virkninger:
Virkninger af motorisk stimulation: Den fremprovokerer kontraktion af dybtliggende, normalt innerverede muskler

Smertestillende virkninger: Den kan fremprovokere dilatation af blodkar, hvilket kan fjerne smertestimulatorer fra vævet som følge af det forøgede blodflow.

Den anvendes til behandling af de følgende sygdomme:
Artritis (hofte, lænderygsøjlen og halshvirvelsøjlen)
Tendonitis: Tendonitis i hofte og skulder

Denerverede muskler

Strøm til denerverede muskler eller delvist denerverede muskler

Stimulationen af en denerveret muskel er anderledes end stimulation af en rask muskel, fordi muskelfibrene skal aktiveres af specielle former for strøm.

Når der er en traumatisk læsion i de perifere nerver, medvirker målingen af kronaksi-værdier til at fastslå, om denervationsniveauet er meget lille, delvist eller komplet.

Målet med motorisk stimulationsbehandling er at opretholde reaktionsevnen og begrænse muskulær sklerose, så musklen får mulighed for at blive så funktionel som muligt efter reennervations-behandlingsprogrammet, som undertiden kan vare helt op til nogle få måneder.

Effekten af denne type behandling er meget afhængig af anvendelse af korrekte stimulationsparametre. De skal defineres meget specifikt for hver enkelt patient og opdateres hen ad vejen.

FIRKANTSTRØM
En firkantstrøm er karakteriseret ved en enkelt firkantet puls, som hurtigt stiger fra nul til den indstillede maksimumværdi over en periode, som er lig med pulsens varighed, og efter en hvileperiode, som svarer til den tid, det tager for musklen at vende tilbage til normal. Pulsens firkantform forårsager muskelkontraktionen. Pulsvarigheden bestemmer den denerverede fibers selektive kontraktion, og pulsenes middel-nulværdi (vekslende polaritet) forhindrer ioniseringsfænomener på huden.

Firkantpulse anvendes hovedsageligt på fuldstændigt denerverede muskler. Programmet ændres i overensstemmelse med pulsbredden og hvileperiodens længde.

TREKANTSTRØM
En trekantstrøm når sin maksimale styrke, når den oprettes på en lineær stigningsskala, som, kombineret med pulse af relativt lang varighed, fremprovokerer et validt kontraktionsrespons i de denerverede fibre (styret af beskadigede nerver) uden at fremprovokere en stimulus i de tilstødende sundt innerverede fibre. Idet det er en motorisk stimulationsstrøm, skal den trekantpuls, der er ansvarlig for kontraktionen af den denerverede fiber, naturligvis efterfølges af en hvileperiode, hvor strømmen ikke har nogen værdi. Polariteten af pulsene veksles for at undgå ioniseringsfænomen i huden.

Nervefiberens evne til at tilpasse sig den langsomme forøgelse af stimulusstyrken og patientens manglende evne til at føle smerte forklarer brugen af trekantstrøm til muskelstimulation af totalt denerverede muskler og delvist denerverede muskler. Den selektive stimulation af fibrene sker uden påvirkning af de raske nervefibre, hvilket kan være en kilde til problemer, når der anvendes en vekslet firkantpuls, som følge af den hurtige forøgelse af pulsationen. Programmet veksler i overensstemmelse med pulsationsbredden og hvileperiodens længde.

TRAPEZFORMET STRØM

Trapezformet strøm anvendes primært på muskler, som kun er delvist denerverede. Programmet veksler i overensstemmelse med pulsationsbredden og hvileperiodens længde.

Iontoforese

Iontoforese er en ikke-invasiv metode til transdermal indføring af høje koncentrationer af medicin eller bioaktive stoffer vha. elektromotorisk frastødningskraft ved brug af en lille elektrisk ladning påført et iontoforesekammer indeholdende et aktivt stof med samme ladning og dets vehikel.
Det er baseret på visse lavmolekylære medicinske stoffers ion-dissocieringsevne, når de opløses i vand.
Det er af fundamental betydning af vide, om den aktive del af medicinen, der skal optages, er positivt eller negativt ladet, når den er blevet dissocieret til ionform, så den kan placeres korrekt med hensyn til det elektriske flow.
Medicinionerne overføres til kroppens indre gennem de hudzoner, som har lav modstand mod strøm, så de når cellemembranerne, der som følge deraf ændres elektrisk.

Iontoforesemekanismen
Formålet med iontoforeseterapi er at blive i stand til overføre et farmaceutisk aktivt stof gennem huden til vævet, og derved overføre medicinen direkte til den ønskede del af kroppen. Fordelene ved denne fremgangsmåde er, at den nødvendige medicin kan administreres i lavere doser, hvorved de mulige bivirkninger i kroppen reduceres.
Den faktiske terapeutiske værdi kan i det væsentligste tilskrives kombinationen af to faktorer: Den første af dem er den smertestillende og vasomotoriske virkning af den administrerede konstante strøm, og den anden er de fordele, der udspringer af, at medicinen bliver ført direkte ind i det område af kroppen, der er ramt. Det er af denne grund, at iontoforeseterapi ofte vælges som en behandlingsmetode til overfladisk inflammation. Den kan virke antiinflammatorisk og sederende og er et alternativ til subkutan injektion af ionopløsninger.
Iontoforese er især indiceret til behandling af lidelser i superficielle led, hvor densiteten af subcutis og muskelmassen er særligt tynd.

Kvantificering af det overførte stof
Teorien for forholdet mellem transdermal ionvandringsabsorption og styrken af den administrerede strøm er beskrevet i Faradays lov:
D= I M/ZF
hvor D repræsenterer den transdermale ionabsorption
I strømstyrken,
M molekylvægten af medicinen,
Z antallet af ladninger pr. medicinmolekyle
F Faradays konstant (96,487 C/mol).