Máy kích thích thần kinh ngoại biên

Khi muốn gây tê vùng, người ta cần xác định vị trí của một dây thần kinh hoặc các ngăn chứa dây thần kinh để đưa các chất có tác dụng ngăn cản sự dẫn truyền thần kinh đến xung quanh dây thần kinh hoặc ngăn chứa dây thần kinh đó. Các phương pháp chủ yếu để thực hiện điều này là dị cảm, dùng máy kích thích thần kinh hay gần đây là sử dụng siêu âm. Phương pháp sử dụng máy kích thích thần kinh là phương pháp được sử dụng khá phổ biến vì một số lí do: đã được ứng dụng từ khá lâu, chi phí sử dụng tương đối thấp và cho kết quả tốt hơn phương pháp di cảm.

Lịch sử

Việc sử dụng máy kích thích dây thần kinh ngoại biên hay gọi ngắn gọn là máy kích thích thần kinh để gây tê các dây thần kinh bắt đầu vào khoảng giữa thế kỷ 20. Kulenkampff đã mô tả quá trình gây tê đám rối thần kinh cánh tay vào năm 1928 và Perthes đã sử dụng phương pháp kích thích điện để định vị các đám rối này. Tuy nhiên, kỹ thuật còn chưa hoàn thiện và thiết bị thì còn khá cồng kềnh, thô sơ nên chưa được chấp nhận rộng rãi. Vào năm 1955, Pearson phát hiện ra rằng các dây thần kinh vận động có thể được định vị bằng các kích thích điện với một cây kim cách điện. Năm 1962, Greenblatt và Denson chế tạo thành công thiết bị kích thích thần kinh di động bán dẫn cho phép sử dụng trong gây tê vùng. Tuy vậy, thiết bị còn khá đắt và chưa thực sự tin cậy. Cuối cùng, năm 1969, tác giả Wright đã báo cáo phương pháp theo dõi  trong gây tê dây thần kinh tạo điền kiện cho kỹ thuật này trở nên phổ biến. Từ kỹ thuật ban đầu là sử dụng cây kim dẫn điện, hiện nay kim cách điện được sử dụng. Phương pháp kích thích thần kinh dưới da là một phương pháp mới để định vị các dây thần kinh không xâm lấn. Thay vì dùng kim, phương pháp này sẽ sử dụng các điện cực dán trên da.

Cơ sở điện sinh lý

Các tế bào thần kinh (neuron) cũng giống như các tế bào khác trong cơ thể, khi ở trạng thái nghỉ thì điện thế bên trong tế bào sẽ thấp hơn so với bên ngoài tế bào. Trạng thái này gọi là điện thế (nghỉ) màng tế bào và có giá trị vào khoảng -70mV. Khi một neuron được “kích thích”, một sự thay đổi tạm thời khả năng thẩm thấu ion (hay nói cách khác là tính dẫn truyền của các kênh natri sẽ tăng lên) sẽ xuất hiện. Nếu kích thích đủ mạnh, nó sẽ khử cực màng để tạo ra một thế điện động, thế điện động sau đó sẽ lan truyền theo dây thần kinh để kích thích cơ và tạo ra sự co cơ (Hình 1 biểu diễn một thế điện động)

 

Hình 1: Thế điện động dây thần kinh

 Nếu kích thích không đủ mạnh, mặc dù nó được duy trì trong thời gian dài, nó cũng sẽ không tạo ra một thế điện động. Ngược lại, nếu một kích thích mạnh xảy ra trong một thời gian rất ngắn, nó cũng không tạo ra thế điện động. Như vậy, kích thích cần phải đủ mạnh và diễn ra trong một thời gian đủ thì mới tạo ra một thế điện động.

Tác độ kích thích của máy kích thích thần kinh phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

Dòng điện

Cường độ dòng điện tối thiểu để khởi tạo một thế điện động trong dây thần kinh được gọi là “cường độ cơ sở” (rheobase). Ở dưới ngưỡng này, dòng điện không thể tạo ra xung động dù có tác động trong thời gian dài. Khái niệm thời trị (chronaxie) là khoảng thời gian đển dòng điện có cường độ gấp đôi giá trị cường độ cơ sở phải tác dụng vào dây thần kinh để khởi tạo một xung động. Nó có thể được sử dụng để mô tả khả năng bị kích thích của các loại mô khác nhau.

Hình 2: Đường cong cường độ - thời gian của một dây thần kinh vận động. Khi cường độ dòng bằng với giá trị cường độ cơ sở, thời gian tác động phải tương đối dài. Một dòng điện cường độ gấp đôi giá trị cường độ cơ sở chỉ cần thời gian tác động ngắn hơn rất nhiều để tạo ra một phản ứng. (Nguồn: Wikipedia)

 Giá trị thời trị của dây thần kinh thay đổi phụ thuộc vào độ nhạy và thời gian trơ (Bảng 1). Những dây thần kinh có độ dẫn nhanh hơn như dây thần kinh vận động Aα có thời trị nhỏ hơn tạo ra thời gian trơ ngắn hơn các dây thần kinh cảm giác có độ dẫn truyền chậm như Aδ hay dây thần kinh cảm giác không myelin C. Các dây thần kinh vận động có thời trị ngắn hơn dây thần kinh cảm giác. Do đó có thể kích thích một dây thần kinh vận động bằng cách sử dụng một dòng điện nhỏ hơn ngưỡng để tạo kích thích trên dây thần kinh cảm giác. Điều này có nghĩa là có thể tạo ra một phản ứng vận động mà không làm đau. Tuy nhiên, bệnh nhân có thể vẫn cảm thấy cảm giác buồn (nhột).

      Bảng 1: Thời trị của một số loại dây thần kinh

Dòng điện ngưỡng là dòng điện nhỏ nhất để tạo ra một phản ứng vận động. Dòng điện từ 0.2 đến 0.5 mA được đề nghị để đảm bảo gây tê thành công.

Máy kích thích thần kinh được thiết kế như là một máy phát điện với cường độ dòng điện không đổi, dòng điện giữa cực dương (anode) và cực âm (cathode) được duy trì ở một giá trị cố định, không phụ thuộc vào giá trị trở kháng/điện trở của các mô xung quanh dây thần kinh. Dòng điện ra có thể được điều chỉnh nằm trong khoảng 0.01 mA đến 0,5 mA. Dòng điện ra được điều khiển bằng phím xoay trên máy hoặc bàn đạp chân nối với máy. Các mẫu máy hiện đại còn có bộ điều khiển từ xa.

Khoảng cách

Định luật Coulomb có thể được tóm tắt bằng công thức E=K(Q/(r^2)), trong đó E là cường độ kích thích, K là hằng số, Q là cường độ dòng điện nhỏ nhất từ đầu kim và r là khoảng cách giữa nguồn kích thích và dây thần kinh. Theo công thức này, Q sẽ tỉ lệ với r^2, tức là cường độ dòng điện nhỏ nhất để có thể kích thích dây thần kinh sẽ tỉ lệ thuận với bình phương khoảng cách từ đầu kim đến dây thần kinh. Do đó, với dòng điện cường độ nhỏ, dây thần kinh chỉ bị kích thích khi nó ở rất gần đầu kim.

Các cực

Các máy kích thích thần kinh hiện nay có cực âm là cây kim. Các nghiên cứu chỉ ra rằng cây kim là cực âm sẽ tốt hơn vì nếu nó là cực dương thì dây thần kinh sẽ bị phân cực rất lớn (hyperpolirised), lúc đó dòng điện sẽ cần dòng điện có cường độ lớn hơn để khử cực tạo ra phản ứng.

Tần số

Tần số lý tưởng để tạo ra sự kích thích dễ chịu là 1 đến 2 Hz. Tần số cao hơn sẽ cung cấp cho bác sĩ nhiều phản ứng hơn nhưng cũng sẽ gây cho bệnh nhân cảm giác không thoải mái. Nếu tần số quá thấp sẽ tạo ra rủi ro kim đâm vào dây thần kinh trong thời gian giữa những xung điện kích thích

Kim kích thích

Trước đây người ta sử dụng kim không cách điện nhưng hiện nay kim cách điện được khuyến cáo sử dụng và được chấp nhận rộng rãi. Kim cách điện được phủ một lớp mỏng cách điện trừ đầu kim.

Hình 3: So sánh dòng kích thích giữa kim cách điện và kim không cách điện (Nguồn: BBraun)

Hình 3 mô tả dòng điện rò dọc theo cây kim không cách điện. Kim cách điện chỉ cho phép dòng điện đi ra ở mũi kim, do đó kim cách điện sẽ cần một dòng điện nhỏ hơn để tạo ra kích thích so với kim không cách điện. Ngoài ra, dòng điện chỉ đi ra tại mũi cây kim cách điện sẽ giúp tăng sư tập trung và giúp người sử dụng có thể định vị dây thần kinh chính xác hơn.

Kim kích thích có nhiều loại với độ dài từ 25 đến 150 mm và độ lớn thân kim từ 20 đến 25G. Chiều dài kim cần sử dụng phụ thuộc vào chiều sâu dây thần kinh cần kích thích. Có nhiều loại kim được đánh dấu trên thân kim cho phép đo khoảng cách kim đi vào bên dưới lớp da. Đầu kim thường được vát nhọn với góc 15 đến 30 độ. Một số loại kim còn có khả năng hỗ trợ việc đặt ống thông (catheter).

Thiết bị kích thích thần kinh là một thiết bị xâm lấn. Việc sử dụng thiết bị này cần tuân theo chặt chẽ những hướng dẫn của ngành y tế cũng như nhà sản xuất thiết bị.