تحریک الکتریکی عملکردی Functional electrical stimulation

تحریک الکتریکی عملکردی (FES) تکنیکی است که از پالس های الکتریکی کم انرژی برای ایجاد تحریکات مصنوعی حرکات بدن در افرادی که به دلیل آسیب به سیستم عصبی مرکزی فلج شده اند، استفاده می کند. به طور خاص، FES می تواند برای ایجاد انقباض عضلانی در اندام های فلج شده برای ایجاد عملکردهایی مانند گرفتن، راه رفتن، تخلیه مثانه و ایستادن استفاده شود. این فناوری در ابتدا برای توسعه پروتزهای عصبی استفاده شد که برای جایگزینی دائمی عملکردهای مختل در افراد مبتلا به آسیب نخاعی (SCI)، آسیب سر، سکته مغزی و سایر اختلالات عصبی به کار گرفته شد. به عبارت دیگر، هر بار که شخص می‌خواهد عملکرد دلخواه خود را تولید کند، از دستگاه استفاده می‌کند. FES گاهی اوقات به عنوان تحریک الکتریکی عصبی عضلانی (NMES) نیز نامیده می شود.

فن آوری FES برای ارائه روش های درمانی برای بازآموزی عملکردهای حرکتی داوطلبانه مانند گرفتن، رسیدن و راه رفتن استفاده شده است. در این تجسم، از FES به عنوان یک درمان کوتاه مدت استفاده می شود که هدف آن بازیابی عملکرد ارادی و نه وابستگی مادام العمر به دستگاه FES است، از این رو درمان تحریک الکتریکی عملکردی، FES درمانی (FET یا FEST) نامیده می شود. به عبارت دیگر، FEST به‌عنوان یک مداخله کوتاه‌مدت برای کمک به سیستم عصبی مرکزی فرد استفاده می‌شود تا به جای وابستگی فرد به پروتزهای عصبی تا آخر عمر، دوباره یاد بگیرد که چگونه عملکردهای مختل را اجرا کند.

اصول principles

نورون ها سلول های فعال الکتریکی هستند. در نورون‌ها، اطلاعات به صورت یک سری تکانه‌های الکتریکی به نام پتانسیل‌های عمل کدگذاری و منتقل می‌شوند که نشان‌دهنده تغییر مختصری در پتانسیل الکتریکی سلول تقریباً 80-90 میلی‌ولت است. یعنی تعداد پتانسیل های عمل که در یک واحد زمان رخ می دهد با شدت سیگنال ارسالی متناسب است. فرکانس پتانسیل عمل معمولی بین 4 تا 12 هرتز است. یک تحریک الکتریکی می تواند به طور مصنوعی این پتانسیل عمل را با تغییر پتانسیل الکتریکی در سراسر غشای سلول عصبی (این شامل آکسون عصبی نیز می شود) با القای بار الکتریکی در مجاورت غشای بیرونی سلول ایجاد کند

دستگاه‌های FES از این خاصیت برای فعال‌سازی الکتریکی سلول‌های عصبی استفاده می‌کنند، که سپس ممکن است عضلات یا سایر اعصاب را فعال کنند.با این حال، در طراحی دستگاه‌های ایمن FES باید دقت ویژه‌ای صورت گیرد، زیرا جریان الکتریکی از طریق بافت می‌تواند منجر به اثرات نامطلوبی مانند کاهش تحریک پذیری یا مرگ سلولی شود. این ممکن است به دلیل آسیب حرارتی، الکتروپوراسیون غشای سلولی، محصولات سمی ناشی از واکنش های الکتروشیمیایی در سطح الکترود، یا تحریک بیش از حد نورون ها یا عضلات مورد نظر باشد. به طور معمول FES با تحریک نورون ها و اعصاب مرتبط است. در برخی از کاربردها، اگر اعصاب محیطی آنها قطع شده یا آسیب دیده باشد (یعنی عضلات عصب‌کشی شده) می‌توان از FES برای تحریک مستقیم ماهیچه‌ها استفاده کرد.با این حال، اکثر سیستم‌های FES که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، اعصاب یا نقاطی را که محل اتصال بین عصب و عضله است، تحریک می‌کنند.

بار الکتریکی می تواند اعصاب حرکتی و حسی را تحریک کند. در برخی از کاربردها، اعصاب برای ایجاد فعالیت عضلانی موضعی تحریک می شوند، به عنوان مثال، تحریک با هدف ایجاد انقباض مستقیم عضلانی است. در کاربردهای دیگر، از تحریک برای فعال کردن رفلکس های ساده یا پیچیده استفاده می شود. که معمولاً به صورت انقباض هماهنگ یک یا چند ماهیچه در پاسخ به تحریک عصب حسی بیان می شود.

اعصاب را می توان با استفاده از الکترودهای سطحی (از راه پوست) یا زیر جلدی (از راه پوست یا کاشته) تحریک کرد. الکترودهای سطحی روی سطح پوست بالای عصب یا عضله قرار می گیرند که باید «فعال شود». آنها غیر تهاجمی، آسان برای اعمال، و به طور کلی ارزان هستند.

محدودیت اصلی تحریک الکتریکی از طریق پوست این است که برخی از اعصاب، به عنوان مثال آنهایی که خم کننده های لگن را عصب دهی می کنند، بیش از حد عمیق هستند که نمی توانند با استفاده از الکترودهای سطحی تحریک شوند. این محدودیت می‌تواند تا حدی با استفاده از آرایه‌هایی از الکترودها برطرف شود، که می‌توانند از چندین تماس الکتریکی برای افزایش گزینش‌پذیری استفاده کنند.

تاریخHISTORY

در مصر باستان از تحریک الکتریکی استفاده می شد، زمانی که اعتقاد بر این بود که قرار دادن ماهی اژدر در حوضچه آب همراه با انسان درمانی است.
FES – که شامل تحریک اندام مورد نظر در طول یک حرکت عملکردی مانند راه رفتن است – در ابتدا توسط لیبرسون به عنوان الکتروتراپی عملکردی نامیده شد.تا اینکه در سال 1967 اصطلاح تحریک الکتریکی عملکردی توسط Moe و Post ابداع شد و در حق امتیازی با عنوان “تحریک الکتریکی عضله محروم از کنترل عصبی با دیدگاه ایجاد انقباض عضلانی و ایجاد یک لحظه مفید عملکردی” استفاده شد.

اولین دستگاه های FES تجاری موجود، افت پا را با تحریک عصب پرونئال در حین راه رفتن درمان کردند. در این حالت، یک سوئیچ که در انتهای پاشنه کفش کاربر قرار دارد، محرکی را که کاربر پوشیده است فعال می‌کند.