2. Tổng quan một số phương pháp điều trị trong Vật lý trị liệu
2.6.2. Điều trị bằng dòng tần số trung bình: từ 1kHz –3 kHz
2.6.2.1. Tác dụng kích thích của dòng điện tần số trung bình
Dòng điện tần số trung bình ( Dòng MF) là dòng điện có tần số nằm trong khoảng từ 1.000Hz đến 100.000Hz . Lẽ đương nhiên, không phải tất cả các dòng điện nằm trong vùng này đều dùng để chữa bệnh, nhưng khi dòng điện tần số trung bình tác dụng lên cơ thể, có một số quy luật chung nào đó. Chúng ta sẽ nghiên cứu tác dụng kích thích của vùng MF.
Về mặt vật lý, sự khác biệt giữa các dòng đã biết và dòng MF có thể thấy rõ trên hình 1.5 Chúng khác nhau về tần số, dạng xung và cách bố trí dãy xung. Gildemeister đã kết luận rằng: nếu ở dòng điện một chiều tần số thấp, mỗi xung được coi là một kích thích đơn lẻ và cơ thể trả lời với từng kích thích đơn lẻ ấy, thì ở dòng xoay chiều tần số trung bình, cơ thể chỉ đáp ứng sau nhiều chu kỳ tác động liên tục. Vì vậy, về mặt tác dụng sinh lý, dòng xoay chiều tần số trung bình khác hẳn các dòng xung tần số thấp về mặt nguyên tắc.
Những phát hiện của Gildemeister có tính phổ biến và sau này được gọi là Hiệu ứng Gildemeister. Người ta đã từng chờ đợi rằng, cứ sau mỗi chu kỳ của dòng MF, cơ thể lại trả lời bằng một đáp ứng. Nhưng sự thể đã không xảy ra như vậy, sau không chỉ một, mà là một số các chu kỳ tác dụng, dòng MF vẫn không gây ra kích thích, vì các nửa chu kỳ dương và âm liên tục nối tiếp nhau, và nửa chu kỳ nọ loại bỏ những tác
gây ra kích thích, sau một vài miligiây tác dụng, nghĩa là sau khá nhiều chu kỳ của dòng. Như vậy, Gildemeister kết luận rằng, có đặc trưng bất đối xứng trong tương tác của dòng hình sin, và hơn nữa, những tác dụng này có thể tích lũy. Các tác động của của nửa chu kỳ dương và nửa chu kỳ âm không triệt tiêu hoàn toàn, và phần tác dụng còn lại sau mỗi chu kỳ sẽ được tích lũy dần dần, tới một lúc nào đó tổng tích lũy vượt ngưỡng và sẽ gây ra đáp ứng kích thích theo các quy tắc kích thích chung.
Hình 1.5. Phân biệt các dòng xung tần số thấp và dòng xoay chiều tần số trung bình
a) Dòng Faradic mới, xung tam giác, t=1ms, f=50Hz b) Dòng Traebert mới, t=2ms, f=143Hz
Tác dụng kích thích ở dòng MF cũng liên quan tới điện thế hoạt động trên màng như ta đã biết trước đây. Nhưng dáng điệu của thế hoạt động trong trường hợp này không giống như khi kích thích bằng những xung đơn (hình 1.6). Sau khi tích lũy tác dụng để đạt tới giá trị vượt ngưỡng (cần tác dụng của một số xác định chu kỳ), xuất hiện thế hoạt động: tế bào bị kích thích và có đáp ứng. Sau khi đã đạt giá trị đỉnh, biên độ thế hoạt động giảm xuống và giữ nguyên giá trị này trong một giai đoạn (đoạn Plato): ta thấy trên đồ thị điện thế màng thế là một đường nằm ngang. Giá trị điện thế ở đường ngang xấp xỉ một nửa giá trị cực đại. Điện thế Plato này duy trì cho đến khi kết thúc tác dụng của dòng MF. Khi không còn MF tác dụng, điện thế màng dần trở về điện thế nghỉ ban đầu. Về mặt cơ chế, toàn bộ quá trình này chưa được giải thích đến mức hoàn toàn rõ ràng (chẳng hạn vì sao tác dụng của dòng MF lại bất đối xứng), nhưng cũng đủ để đặt nền móng cho nhiều ứng dụng quan trọng.
Về mặt cảm giác, người ta cảm thấy bỏng rát ở phần da dưới chỗ đặt điện cực. Nhưng nếu ở dòng xung một chiều không đổi cảm giác này có suốt trong thời gian dòng tác dụng, thì với dòng MF, cảm giác mất dần sau ít giây phút đầu tiên, mặc dù dòng MF vẫn đang chạy qua cơ thể. Cảm giác này có mấy đặc điểm sau:
- Cảm giác càng kéo dài nếu cường độ dòng MF càng lớn. - Cảm giác cáng chóng hết, nếu tần số dòng MF càng lớn.
Trái ngược với kích thích bao giờ cũng là ức chế. Trong kích thích điện cơ thể sống, chúng ta có khái niệm ức chế Wedenski. Với kích thích bằng những xung tần số thấp, ức chế Wedenski được hiểu là màng tế bào nằm trong trạng thái trơ kéo dài khi duy trì khử phân cực hoàn toàn.( đang bị kích thích thì không thể kích thích được nữa). Với dòng MF , trạng thái ức chế giảm khi cường độ tăng và sự thích ứng thể hiện ở chỗ cơ thể không còn cảm thấy sự hiện diện của một dòng vốn đang tác dụng . Nếu lúc này ta tăng cường độ dòng , sẽ lại có kích thích , để rồi nối sau đó là trạng thái mất nhận biết và cứ thế tiếp tục . Ức chế ở tần số trung bình không có ý nghĩa với những kích thích đồng thời có tần số thấp hơn nhiều. Chẳng hạn một sợi thần kinh đang được kích thích bởi dòng MF, nếu dùng cùng điện cực kích thích tiếp bằng dòng tần số thấp thì khả năng dẫ với kích thích này vẫn tổn tại, và ngưỡng chỉ tăng lên với dòng MF. Cuối cùng, khi có kích thích MF, ngưỡng kích thích với dòng tần số thấp không thay đổi đáng kể so với trước khi có dòng MF. Những hiểu biết này hết sức hữu ích trong ứng dụng điều trị thực tế.
Cũng như dòng xung tần số thấp, với các dòng MF, một khái niệm rất quan trọng là thời gian hữu ích. Đó chính là thời gian tác dụng đủ để dòng MF sinh ra kích thích. Nếu cho dòng MF tiếp tục tác dụng sau thời gian này, cũng không thể sinh ra một kích thích nào khác. Mặt khác, một nhóm chu kỳ có cùng cường độ và tần số nhưng với thời gian tác dụng ít hơn cũng không thể tạo ra kích thích. Thời gian hữu ích ở người thường nằm trong khoảng 50-100 ms và không cố định một cách hoàn toàn
hữu ích là lớn nhất, từ đó nếu tiếp tục tăng dần số lên thì thời gian hữu ích lại giảm dần, vì khi tần số tăng, số các chu kỳ có sau một khoảng thời gian xác định ngày càng nhiều hơn .Mà thường thì muốn có thể hoạt động cần có sự tác dụng của một số chu kỳ xác định, ví dụ:
Tần số 2.000Hz, muốn có 10 chu kỳ, cần 5ms Tần số 40.000Hz, muốn có 80 chu kỳ , cần 2ms
Khi tần số tăng , xung càng mảnh và hiệu ứng kích thích càng giảm( ở cùng cường độ dòng Rheobase), do đó cần nhiều chu kỳ hơn để gây kích thích.
Muốn có đáp ứng, dòng MF cũng phải có biên độ vượt qua một ngưỡng xác định. Nếu thời gian tác dụng lớn hơn thời gian hữu ích , nhưng biên độ dòng vẫn nằm dưới ngưỡng, thì chỉ có một tác dụng tại chỗ trong khi có dòng chạy qua, chứ không thể có một kích thích- đáp ứng thực sự. Không đi quá sâu vào chi tiết cụ thể phần này, ta nhận xét rằng, đối với dòng MF cũng có đường cong i/t như với dòng xung một chiều, tuy nhiên vị trí hai đường cong này khác nhau khá nhiều. ( Hình 1.7)
2.6.2.2. Giải pháp kỹ thuật để sử dụng dòng điện tần số trung bình trong điều trị
Trong thực tiễn lâm sàng, hiện có hai giải pháp kỹ thuật để ứng dụng dòng MF trong điều trị là Phương pháp dòng giao thoa ( Nemec,1960) và Phương pháp biển điệu biên độ ( Jasnogoroski,1974).
a) Phương pháp dòng giao thoa:
Đa số thiết bị dòng giao thoa hiện nay đều làm việc ở tần số 4.000Hz. Nguyên tắc vật lý của phương pháp dòng giao thoa như sau: Người ta đồng thời đưa vào cơ thể hai dòng điện tần số trung bình có cường độ không đổi, có tần số khác nhau một chút và chúng sẽ trộn lẫn với nhau trong cơ thể bệnh nhân để tạo ra một dòng mới gọi là dòng giao thoa.
Hình 1.8. Tổng hợp các thành phần có cùng tần số
Phương pháp tốt nhất để hiểu dòng giao thoa là sử dụng hình ảnh. Chúng ta hay biểu diễn dòng điện bằng các dao động hình sin. Nếu có hai dòng như vậy tác dụng đồng thời, thì tác dụng tổng cộng sẽ giống như tác dụng của một dòng là tổng của hai dòng ban đầu.Trường hợp đơn giản nhất là hai dao động có cùng hai biên độ thành phần. Còn nếu hai dao động ngược pha, biên độ của chúng sẽ bị trừ cho nhau ở dòng toàn phần ( Hình 1.8 a và b) .Trường hợp đặc biệt: Tổng hai dao động ngược pha và có cùng biên độ sẽ bằng không.
Bây giờ chúng ta xét một trường hợp phức tạp hơn: Hai dao động thành phần có tần số khác nhau một chút. Như vậy khi làm phép tổng hợp , có lúc biên độ của chúng sẽ tăng cường lẫn nhau, nhưng có lúc làm suy yếu lẫn nhau, tất cả phụ thuộc vào quan hệ về pha giữa hai dao động ( Hình 1.9)
Đường cong tổng là dòng giao thoa của hai dòng thành phần và tần số của chúng là :
ϖI = ϖ1- ϖ2
Trong đó i là ký hiệu dành cho dòng giao thoa còn 1 và 2 ứng với các dòng tạo ra giao thoa.
Nếu hiệu số giữa hai dòng MF là hằng định, thì dòng giao thoa mới tạo ra cũng có tần số không đổi . Chẳng hạn ta thường gặp trong y học các dòng có tần số là 4000Hz và 3900Hz, như vậy dòng giao thoa có tần số 100Hz. Nhưng nếu cố định một trong hai dòng ban đầu (chẳng hạn 4000Hz), rồi cho biến đổi tần số của dòng thứ hai ( chẳng hạn giữa 3900Hz và 4000Hz) thì dòng giao thoa có tần số thay đổi từ 0 đến 100 Hz. Dòng giao thoa mới này gọi là dòng giao thoa có nhịp, vừa là nhịp tần số, vừa là nhịp biên độ.
Tại những vùng có sóng giao thoa, mô của cơ thể chịu một loại tác dụng mới: đấy là những kích thích điện ở tần số trung bình, nhưng lại kết hợp thành những trồi sụt tuần hoàn theo tần số thấp. Bản thân tần số giao thoa cũng trở thành một tần số kích thích.
b) Phương pháp biển điệu biên độ
Phương pháp này có nguyên tắc khá đơn giản: ta dùng một tần số trung bình làm tần số cơ bản , hay còn gọi là tần số mang, sau đó ta thay đổi biên độ một cách tuần hoàn với giá trị tần số nằm trong giải tần số thấp ( Hình 1.10) Các máy hiện có thiết kế theo phương pháp này thường làm việc ở tần số 2kHz và 8kHz.
Đường cong bao tần số thấp có thể có dạng hình sin , hình tam giác hay vuông góc. Giá trị cụ thể của tần số này được phép nằm trong toàn bộ giải giới hạn cho dòng tần số thấp và thường nằm trong khoảng 50Hz-150Hz. Độ sâu của khoảng biến điệu biên độ cũng có thể chọn theo kiểu nhẩy bậc giữa 0 ( ứng với dòng mang không biến
Hình 1.10. Phương pháp biến điệu biên độ Dòng mang là dòng có tần số trung bình
Đường bao có tần số thấp Độ sâu biến điệu là 50%
Chọn tham số cụ thể nào cho biên độ biến điệu và tần số dòng bao cũng như dòng mang phụ thuộc vào mục đích điều trị và cấu trúc của mô. Mục đích điều trị của các thiết bị thuộc nhóm này thường là giảm đau, kích thích co cơ hay phối hợp cả hai. Dòng mang từ 1kHz đến 5 kHz nói chung giống nhau về nguyên tắc nhưng khác biệt về hiệu quả kích thích . Vùng 1-2 kHz hiệu quả kích thích vận động và cảm giác lớn hơn và khi đó có thể chọn cường độ dòng tương ứng khá nhỏ. Vùng 4-5 kHz hiệu quả kích thích cảm giác yếu hơn và có thể nâng cao biên độ dòng kích thích( quan trọng cho hiệu ứng chống đau ở hệ vận động).
Đối với tần số biến điệu ( tần số dòng bao) và độ sâu biến điệu : Nếu càng đau nhiều thì tần số biến điệu càng phải cao ( 100-150kHz) và khi đó độ sâu biến điệu chỉ
điệu, sau đó tăng dần độ sâu biến điệu trong điều trị chống đau. Khi đau mãn tính, có thể chọn tần số mang thấp hơn (1-2kHz) , tần số biến điệu nhỏ (30-50Hz) và tăng độ sâu biến điệu ( 50% và hơn nữa ).
Mặc dù có nhiều điểm khác nhau , cả hai phương pháp đều có chung một đặc điểm, là cường độ của dòng MF thay đổi liên tục. Chính nhờ sự thay đổi này mà ngăn chăn khả năng thích nghi của màng đối với những kích thích của dòng điện tần số trung bình, một hiệu ứng khổng thể loại trừ khi ta sử dụng dòng điện tần số trung bình có cường độ không đổi.
2.6.2.3. Những ưu việt của dòng tần số trung bình
So với dòng điện tần số thấp, dòng điện tần số trung bình có một số ưu điểm rõ rệt.
- Điện trở da đối với dòng MF nhỏ hơn hẳn so với các dòng tần số thấp. Như đã trình bày ở phần đầu của chương này, trong da có thành phần trở do yếu tố điện dung đem lại. Thành phần này tỉ lệ ngược với tần số, do đó khi tần số càng cao thì tổng trở của da đối với dòng càng giảm. Người ta tính toán ra rằng, trên 100cm2 da, có thể lấy giá trị điện dung là 1µF:
Nếu tần số là 50Hz, tổng trở sẽ là 3000Ω
Khi tần số chỉ nâng lên 5000Hz, tổng trở chỉ còn là 30Ω.
Nhờ điện trở giảm, dòng MF dễ dàng qua da, không đau đớn và thấm sâu vào cơ thể. Cường độ dòng có thể dưới ngưỡng trên da và đạt tới giá trị cao trong cơ thể.
- Dòng MF là dòng 2 pha và do đó loại bỏ những tác dụng phụ một chiều do dòng Galvanic gây ra, nhất là tác dụng điện phân trên da. Điện cực có thể đặt trực tiếp trên da. Các điện cực dẻo bằng cao su có ý nghĩa thực tiễn lớn.
Cũng do dòng hai pha, không còn phân biệt cực nào là catot và cực nào là anot và không thể dùng dòng MF để đưa thuốc vào cơ thể theo phương pháp điện phân.
ngưỡng cảm giác và ngưỡng vận động cũng sẽ gần với nhau hơn, tới một lúc nào đó, ngưỡng vận động nằm dưới ngưỡng cảm giác. Điều đó có nghĩa, cơ sẽ co trước khi cảm thấy tác dụng của dòng điện. Trong vùng tần số dưới 6Hz, cảm giác xuất hiện trước khi co. Trên tần số này, co trước rồi mới có cảm giác. Chính phát hiện này của Djourno đã tạo khả năng kích thích co cơ mà không hề cảm thấy tác dụng của dòng điện, điều rất thuận lợi đối với những bệnh nhân quá mẫn cảm với dòng điện. Ông đã nghiên cứu hiện tượng trong vùng 6-8 kHz ( Hình 1.11).
Hình 1.11. Hiệu ứng phân ly theo ngưỡng 2.6.3. Điều trị bằng dòng tần số trung bình: từ 100 kHz – 300 MHz
Sau dòng điện tần số thấp và tần số trung bình, lẽ tự nhiên chúng ta sẽ bàn đến lĩnh vực tần số cao. Khái niệm “cao” có khác nhau ở những tác giả khác nhau, chẳng hạn chỉ ngay trong lĩnh vực vật lý trị liệu , A.Lange xác định vùng tần số này là 107- 10 10 Hz( tức là 10-10 000MHz ), A.Becker chọn giá trị 1MHz-3 000MHz , trong khi các tác giả Nga chọn mốc 3-30 000MHz.
Tuy nhiên, chúng ta sẽ không quan tâm nhiều lắm đến giá trị cụ thể vừa được nói ở trên. Trong thực tế, có ba loại trị liệu trong lĩnh vực tần số cao, là điều trị bằng sóng ngắn( bước sóng nằm trong khoảng 10m-100m), điều trị bằng sóng đề-xi-mét( bước sóng cỡ dm) và điều trị bằng vi sóng (microwave- bước sóng cỡ cm). Bước sóng, tần số của những dạng sóng cao tần này được xác định rất cụ thể, vì việc sử dụng sóng điện từ tần số cao được quy định rất nghiêm ngặt trong khuôn khổ quốc tế để tránh những nhiễu loạn nhiều khi có hại và nguy hiểm. Về mặt vật lý, ba loại sóng cao tần nói trên giống nhau về bản chất ( đều là sóng điện từ), chỉ khác nhau về tần số hay bước sóng ,nhưng về tác dụng sinh lý lên cơ thể chúng khác nhau khá nhiều. Cũng cần nói thêm rằng, trước đây người ta còn dùng sóng dài( Bước sóng 300-1500m) trong