ارزيابي پاسخ فيبرهاي عصبي در پاسخ به تحريك با جريان‏هاي تداخلي با شبيه‏سازي كامپيوتري

Simulation of the response of nerve fibers to the applied interferential currents

چكيده مقدمه: جريان تداخلي يكي از محبوب ترين جريان هاي مورد استفاده در الكتروتراپي است. علي رغم اين محبوبيت، مطالعات اندكي به بررسي نحوه‏ي متاثر شدن فيبرهاي عصبي از اين نوع تحريك پرداخته‏اند. هدف اين مطالعه توسعه مدلي نزديك به واقع براي شبيه سازي اثر جريان تداخلي بر فيبرهاي عصبي و استفاده از آن جهت بررسي الگوي مكاني و زماني فعاليت آن‏ها در پاسخ به اين جريان بوده است. اثر فركانس مدولاسيون بر فعاليت عصبي حاصل نيز بررسي شده است. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه مدلي از بافت بدن شامل لايه هاي پوست، چربي و ماهيچه در نرم افزار COMSOL پياده سازي شد تا توزيع پتانسيل حاصل از اعمال جريان بدست آيد. سپس از مدل دقيق MRG براي فيبرهاي حسي و حركتي استفاده شد و پاسخ آن ها در محل هاي مختلفي از مدل براي فركانس حامل 4 كيلوهرتز، مدولاسيون 50 تا 250 هرتز و دامنه 1 تا 99 ميلي آمپر بررسي شد. يافته‌ها: در پاسخ به تحريك، فيبرهاي حسي كه از زير الكترودها گذر مي‏كنند، مسدود مي‏شوند ولي فيبرهاي حسي و حركتي در محل‏هاي ديگر از بافت فعال مي‏شوند. الگوي زماني فعاليت فيبرها وابسته به دامنه‏ي تحريك و فركانس مدولاسيون يا به صورت يك الگوي متناوب شامل دوره‏هاي آتش - سكوت و يا به صورت آتش پيوسته با فركانسي برابر با فركانس مدولاسيون يا دو برابر آن است. هرچند در يك عمق مشخص آستانه‏ي تحريك در مكان‏هاي مختلف نسبت به الكترودها متفاوت است، اما فيبرها حتي در خارج از ناحيه‏ي محصور بين الكترودها نيز فعال مي‏شوند. نتيجه‌‌گيري: نتايج اين مطالعه توجيه كننده‏ي كاهش آزردگي ناشي از اعمال جريان تداخلي در محل الكترودها است و احتمال اثرگذاري جريان بر بافت‏هاي غير هدف را به هنگام تحريك تداخلي نشان مي‏دهد. همچنين تاييد كننده‏ي ادعاهاي سنتي مبني بر نقش فركانس مدولاسيون در تعيين فركانس آتش شدن فيبر عصبي است. كليد واژه‌ها: الكتروتراپي، تحريك الكتريكي وراپوستي، فيبر عصبي، جريان‏هاي تداخلي، شبيه‏سازي.

Abstract Introduction: Interferential current is one of the most popular kinds of electrical stimulation that are used in electrotherapy. Despite its clinical popularity, there have been limited studies to investigate how this stimulation protocol affects the nerve fibers. This study was aimed to develop a realistic model for the stimulation of nerve fibers by interferential currents and using that to assess the spatial and temporal activation patterns of fibers in response. The effect of the modulation frequency on the resultant neural activity was also evaluated. Materials and methods: A model of the target tissue, including the skin, fat and muscle layers was implemented in COMSOL software to obtain the potential distribution induced by the current inside the tissue. Then the MRG model of the myelinated nerve fibers in NEURON environment was used to simulate the response of fibers at different positions in the tissue. A 4 KHz carrier frequency with the modulation of 1 to 250 Hz and stimulus strength of 1 to 99 mA was used in this study. Results: The sensory fibers that are passing right beneath the electrodes are blocked in response to the applied high frequency currents and cannot conduct the action potentials. The sensory and motor fibers in other positions of the tissue can be activated based on the stimulus amplitude and the modulation frequency. The temporal activation pattern is at frequencies equal or twice of the modulation frequency. The excitation thresholds for fibers in a specific depth of the tissue are different based on their position relative to the electrodes, and even fibers that are outside the borders of the four electrodes can be activated. Conclusion: The results demonstrate how the block of sensory fibers may decrease the patient discomfort, and suggests that non-target fibers outside the region of electrode placement may also affected by the stimulation. Moreover, the results confirm the traditional claims about role of the modulation frequency in the firing frequency of nerve fibers. Key Words: Electrotherapy, Transcutaneous Electrical stimulation, Nerve fiber, Interferential Current, Simulation.