功能性電刺激(FES)應用原理點滴

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功能性電刺激(FES)應用原理點滴

來源:手功能康復協作平台,轉載已獲授權

目前普遍認為功能性電刺激(FES)起源於上世紀60年代初,Liberson應用電刺激治療足下垂。但廣義上的FES可以追溯到更早的年代,例如早在1952年哈佛的Zoll就發明了體外心臟起搏器。


目前,手功能團隊借助各類電刺激,特別是功能性電刺激對上肢及手功能障礙患者進行康復訓練及治療,例如基於上肢聯動的功能性電刺激,已在臨床開始應用。

功能性電刺激(FES)應用原理點滴

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在開始「電刺激」介紹之前,我們先了解電刺激應用基本概況。

FES除了能在不同程度上代償失去的運動功能(例如做到足背屈)外,其主要臨床療效如下

  • 增加癱瘓(paretic)肌肉的肌力,減少萎縮(atrophy)

  • 拉伸痙攣(spastic)肌肉避免疲勞(fatigue),由於FES具有以上雙重的作用,即收縮癱瘓肌肉,拉伸拮抗(antagonistic)肌肉,因此可以有效降低痙攣。

  • 通過對肌腱和肌肉受體(receptor)的刺激改善本體感覺(proprioception)

  • 維持肌肉和連接組織的養分(trophism),避免廢物堆積,保證水、氧氣和營養物質,盡量減少組織黏連。


FES的主要應用參數介紹如下:

  • 波形:相對於單相波,使用對稱雙相波可以防止電荷在刺激部位堆積(皮膚和肌肉組織主要體現為電容和電阻效應,雙相波使電荷對沖抵消),降低皮膚灼傷風險,從而允許施加更大的刺激強度和更長的應用時間。

  • 脈沖寬度:一般在100—1200us。 太小不易引起反應,太大則不快感增強。

  • 頻率:肌肉一般對20Hz以上80-150Hz以下的頻率刺激有反應。一般使用30-35Hz,誘發慢纖維收縮從而降低肌肉萎縮,因為慢纖維總是需要運動(快纖維只有在需要的力大到一定程度才運動),所以在癱瘓的情況下也是首先萎縮的部分。肌肉頻率增加則更快但更易疲勞的肌肉纖維被征集收縮,導致肌肉強直收縮、快速疲勞。

    功能性電刺激(FES)應用原理點滴
    圖1 電刺激頻率與誘發的肌電

  • 電流強度:肌肉收縮隨刺激強度增大而增強,但到達最大收縮強度後,再增加刺激強度只會增加痛感。


使用FES必須考慮以下幾個因素

  • 患者要集中注意力去感受儀器施加的電刺激並且力圖配合進行主動運動,如此積極參與才能通過認知訓練使大腦皮層有效發生變化從而重建神經通路。

  • 肌肉的自主收縮是非同步的,首先是慢纖維(紅肌纖維)收縮,而快纖維(白肌纖維)只有在需要更大的力時才介入;

  • 電刺激收縮有別於生理性收縮:電流首先抵達快纖維(位於淺表),隨著刺激強度的增加,才抵達慢纖維(位於深層)。

  • 另外,電刺激收縮局限於單塊肌肉的收縮,只能產生大約最大自主收縮力的20-30%,而自主收縮是通過複雜的神經活動使整個肌肉鏈收縮。因此在治療時叮囑患者在電刺激的同時盡量配合進行自主收縮完成目標動作是非常重要的,這樣才能更全面地訓練相關肌肉群。


功能性電刺激(FES)應用原理點滴

圖2 肌肉快纖維和慢纖維

  • 患者在每次撤除電刺激後的10分鐘內應該使用受刺激肌肉進行日常活動(Activities of Daily Living,ADL),從而強化認知訓練。

  • 自主收縮在心血管和神經水平上比電刺激更容易產生疲勞,因此電刺激實際上有助於患有心血管疾病的腦卒中患者。電刺激收縮只在能量消耗水平上(ATP消耗)比自主收縮更容易產生疲勞。

  • 電極應該放置在肌肉的運動點,通常在肌腹中部,才能最有效刺激肌肉,因為神經-肌肉連接點位於此處,並從此處分散到成百上千萬的神經元。

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圖3 神經-肌肉運動終端

主要參考文獻:
Online Document, Functional Electrical Stimulation in Stroke by Cuenca& Lazar


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