FES Notları

Fonksiyonel Elektrik Stimülasyonu (FES)

Tanım

Fonksiyonel Elektrik Stimülasyonu (FES) veya Fonksiyonel Nöromusküler Stimülasyon (FNS), üst motor nöron (ÜMN) lezyonlu bireylerde günlük yaşam aktivitelerinde (GYA) performansı artırmak veya biyomekaniksel bütünlüğü sağlamak için paralize olmuş kasları hareketin bütünlüğü ile uyumlu olarak aktive etmek amacıyla NMES'in kullanılmasıdır.
FES sağlayan cihazlar veya sistemler nöroprotezler olarak adlandırılır.

Fizyolojik Temel

Reseptörler ve Refleks Arkları

Duyu nöronlarının stimülasyonu afferent stimülasyon olarak tanımlanır.
Afferent stimülasyon, duyu nöronundan medulla spinalise ve sonra hedef kasa uzanan mevcut refleks yolunu içerir.
Refleks yolun stimülasyonu, koordineli bir şekilde etkilenen iki veya daha fazla kas grubunda avantaj sağlar. Örneğin, dizin aniden ekstansiyonuna yol açan refleks hareket, diz ekstansörlerini stimüle ederken, diz fleksörlerini inhibe eder.
Hareket düzenini ileten lifler motor nöronlar olarak adlandırılır.
İskelet kasları, direkt olarak medulla spinalisin ön boynuzunda bulunan alfa ( $\alpha$ ) motor nöronlar tarafından inerve edilir.
Bir motor nöron aynı kasın birçok lifini inerve edebilir. Aynı nöron tarafından inerve edilen kas lifleri bir motor ünite olarak adlandırılır.
İnsan vücudundaki düşük veya yüksek basınç, dokunma, kuvvet ve ısı gibi bilgiler afferent liflerde alçak veya yüksek frekanslı aksiyon potansiyelleri olarak iletilir ve bu nöronlar duyu nöronları olarak bilinirler.
Fleksör refleks ark koruyucu bir yapıya sahiptir ve ağrı uyarısına cevaben ekstremitenin geri çekilme hareketine yol açar. En azından 3 nörondan meydana gelmiştir. Sonuç olarak da polisinaptik bir reflekstir.
Afferent nöron internöronlara bağlanır ve onlar da birçok spinal kord segmentindeki motor nörona bağlanır.
Tüm ekstremitenin geri çekme refleksi birkaç kas grubunun aynı anda ve koordineli hareketini ifade eder. Fleksör kasların motor nöronlarının eksitasyonu ve bu kasların antagonisti ekstansör kasların motor nöronlarının ise inhibisyonuna yol açar.
Eğer refleks eksitabilite daha üst merkezlere ilerler ve stimulus da yoğun olursa, stimüle edilen ekstremitenin fleksiyonu ve diğer ekstremitenin de ekstansiyonu açığa çıkar.

Parametreler

1. Akım Şiddeti (AMPLİTÜD)

Paralizi kasların kontraksiyonu elektrik stimülasyonu ile açığa çıkartılır. Giderek artan bir şekilde ayarlanan akım şiddeti doğal kas kasılmasına benzerlik gösterir ve sıçrayıcı tarzda olmaz.
Sinir lifleri hep veya hiç kanununa göre cevap verirler. Bunun sonucunda, son plakta tek bir kas lifi veya lif grubunun maksimal kontraksiyonuna yol açarak aksiyon potansiyeli meydana gelir.
Satürasyon değeri stimüle edilen kasın büyüklüğüne bağlıdır ve 100 V'a kadar seçilebilmektedir.
Transkutanöz stimülasyonda stimulasyon eşik sınır değerleri 15-60 V (20-45 mA) arasındadır ve normalde 100 V'a kadar seçilebilir.
İmplante elektrotlu FES sistemlerinde ise, oldukça düşük şiddet (7 V) tercih edilir.

2. Frekans

Yüksek frekanslar tetanik kontraksiyona neden olurken, düşük frekanslar nöromusküler sistemde daha az yorgunluğa yol açmaktadır.
En sık kullanılan frekanslar yaklaşık 30 Hz olmakla birlikte, frekans 20-80 Hz arasında değişmekte ve mevcut cihazlar 10-100 Hz arasındaki frekanslarda çalışılmasına olanak tanımaktadır.
Bazı araştırmacılar, üst ekstremite için 12-15 Hz, alt ekstremite için 18-25 Hz'i önermektedir.

Fizyolojik Kontraksiyon vs. Elektriksel Kontraksiyon

Elektrikle stimüle edilen kas, istemli kontraksiyon yapan kasa göre daha çabuk yorulur.
Bunun nedenlerinden birisi, elektrik stimülasyonu ile aynı kas lifleri stimülasyon süresince stimüle edilirken, istemli kontraksiyonda sağlık kasın yaptığı iş aynı kasın farklı motor üniteleri arasında bölünmüş olmasıdır.
Bir diğer neden ise, gerçekte doğal stimülasyon frekansının daha düşük olması ve kası inerve eden tüm liflerin aynı anda stimüle olmamasıdır.
Yüksek stimülasyon frekansı yüzünden nöromusküler kavşaktaki transmitter tükenir, böylece stimüle edilen kas hemen yorgunluk belirtileri gösterir.

3. Geçiş Süresi (DURASYON)

Akım şiddetine benzer olarak, geçiş süresi kontraksiyon şiddeti üzerine direkt etki oluşturur.
Transkutanöz FES sistemlerinde hoşa gitmeyen hissin algılanmasının başlıca sebebi, stimulusun geçiş süresinin çok uzun olmasıdır. Bu nedenle kısa geçiş süreleri (0.1-1 msn, optimal 0.3 msn) tercih edilerek uygulama yapılır.
İmplante FES sistemlerinde ise, derideki ağrı reseptörlerinin stimüle edilmesinde bir sorun oluşturmadan ve geçiş süresini değiştirerek hareketin kontrol edilmesini mümkün kılacak şekilde uygulama yapılmaya çalışılır.
Genelde, stimülatörler 100-300 µsn arasında kullanılabilecek şekilde düzenlenmiştir.

4. Atım Dizini (ON-OFF SÜRESİ)

Paralize ekstremitenin fonksiyonel hareketi tek bir elektrik stimülüsü ile elde edilemez, ancak uygun frekansta birbirini takip eden belirli stimülüs geçiş sürelerinin serileri olmalıdır.
Bu seriler atım dizini olarak ifade edilir. Stimülasyon tekrarları ve dinlenmelerinin süresi arasındaki ilişki, stimüle edilen kasın yorgunluğu üzerinde etki oluşturur.
Atrofik paralize kasın kuvvetlendirilmesinde 1 sn stimülasyon, 1 sn dinlenme dizini; 1 sn stimülasyon 5 sn dinlenme dizini serisine göre daha çabuk yorgunluk meydana getirir.
Genellikle başlangıçta tercih edilen dinlenme 10 sn'dir ve hastanın durumuna göre 5 sn'ye düşürülür.

5. Atım Şekli (DALGA FORMU)

Atım şekli olarak eksponansiyel, kare, üçgen veya dikdörtgen dalga atımlar kullanılabildiği gibi, pratikte en sık kullanılan atım şekli "bifazik kare dalga" atımdır.

6. Elektrotlar

FES sistemlerinde eğer birden fazla kas veya kas grubu stimüle edilmek istenirse, çok kanallı transkutanöz, perkutanöz veya implante stimülatörler tercih edilmelidir.
Buna göre, transkutanöz, perkutanöz ve implante FES sistemleri olmak üzere 3 çeşit sistem kullanılmaktadır.

Transkutanöz Elektrotlar

Bir pozitif ve bir negatif transkutanöz elektrot stimüle edilecek kasın üzerine yerleştirilir. Negatif kutuplu olan aktif elektrot mümkün olduğunca kasın motor noktasına yakın yerleştirilmelidir.
Transkutanöz FES sistemlerinde bipolar veya unipolar elektrotlar kullanılmaktadır. Bipolar elektrotlar stimüle edilecek sinirin uzunluğu boyunca yerleştirilirken, unipolar elektrotlar sinir boyunca yerleştirilen küçük aktif elektrottan ve vücudun herhangi bir yerine yerleştirilen daha büyük pasif elektrottan oluşmaktadır.
Transkutanöz karbonize elektrotlar düşük rezistans ile karakterizedir ve vücut bölgesine uygun şekil alabilecek yapıdadır.
Uzun süreli kullanımda; deri irritasyonuna sebep olması, deri direncinin enerji kaybına yol açması, derideki ağrı reseptörlerini de uyarması, elektrotların yerinden kayması, derin ve izole kasları aktive etmesindeki zorluklar ise dezavantajlara sebep olmaktadır.

Perkutanöz Elektrotlar

Perkutanöz elektrotlar cerrahi olarak deri yüzeyinden geçirilerek yerleştirilmektedir. Elektrot direkt olarak kas dokusuna tutturulan sarım şeklindeki tel ile kancadan meydana gelmiştir ve helezon şeklindeki yapısı ile yüksek mekaniksel stabilite sağlamaktadır.
Derin kasları aktive edebilmesi avantaj olmakla birlikte, cerrahi olarak yerleştirilmesi, deri yüzeyindeki elektrot kablosunun kopması, implantın kırılması ve enfeksiyon riskinin olması perkutanöz elektrotların dezavantajlarıdır.

İmplante Elektrotlar

İmplante elektrotlar radyofrekanslı alıcı ile deri yüzeyi altına sinirin yanında kas dokusu içine cerrahi operasyon ile çok küçük devre implante edilir.
Eksternal elektronik devre, stimülasyon atımları ile modüle edilmiş radyofrekans enerjisinin atımlarını ileten bir vericidir.
Elektrotlar spinal kord, periferik sinir veya kas üzerine cerrahi işlem ile yerleştirilir.
Seçici uyarım sağlaması, çok daha fazla kası aynı anda uyarması, daha karmaşık hareketleri meydana getirebilmesi ve daha az akım şiddetine ihtiyaç duyulması gibi avantajları bulunmaktadır.
Epimisyal elektrotlar, kas yüzeyine süture edildiği için zamanla yerinden oynama riski taşımaktadır.

Uygulama Yöntemleri

1. Unilateral Tek Kanal Stimülasyonu

İpsilateral kontrol
- Elektrik stimülasyonu duruş fazının sonunda topuk kalkışı ile başlar ve sallanma fazı süresince topuk yere basıncaya kadar devam eder. Stimülasyon süresi önceden belirlenir veya yürüme hızına göre değişir.
Kontralateral kontrol
- Elektrik stimülasyonu stimüle edilmeyen bacağın duruş fazında başlar ve sallanma fazına kadar sürer. Bu yöntem, sallanma fazının başlamasından önce stimülasyonun başlamasını ve antagonistik kaslardaki hipertonusun inhibisyonunu mümkün kılar.

2. Bilateral Tek Kanal Stimülasyonu

Birbirinden bağımsız iki adet tek kanal stimülatör kullanılır. Kontrol ipsilateral veya kontralateraldir. Stimülasyon serileri kısmen üst üste biner. Bir bacağın stimülasyonu resiprokal olarak diğer bacağın stimülasyonuna bağlıdır. Diğer bütün özellikler tek kanal stimülasyonunda olduğu gibidir.

3. İki Kanal Stimülasyonu

Bir eklemin antagonistik kaslarının stimülasyonu veya iki eklemin sinerjistik kaslarının stimülasyonu veya her iki ekstremitede sinir veya kas stimülasyonunu içerir. Kontralateral kontrollü alternatif FES'te, sağ bacağın stimülasyonu resiprokal olarak sol bacağın stimülasyonuna bağlıdır. Stimülasyon serileri üst üste binmez. Bu stimülasyon tipi özellikle, serebral paralizili çocuklarda yürüme ve postürün normal düzenin sağlanması için uygundur.

4. Çok Kanal Stimülasyonu

Üç veya daha çok sinir ve kasın veya kas gruplarının stimülasyonunu sağladığı için, stimülasyon serileri yürüme sırasında mümkün olduğunca kas aktivitesinin normal paternlerinin başarılmasına yardımcı olur.
Yürümeyi öğrenmenin erken dönemlerinde, stimülatör elle kontrol edilir. Anahtar fizyoterapist tarafından kontrol edilir, daha sonraları ayakkabı astarına topuk anahtarı yerleştirilir.
Duruş fazı süresince n.tibialis'in stimülasyonu hastanın ayakta durması için sinerjistik ekstansiyon cevabını açığa çıkartır. N. peroneus'un stimülasyonu ise, sadece kalça ve dizin fleksiyonu ve ayak bileğinin dorsifleksiyonunu ortaya çıkartmakla kalmaz, aynı zamanda addüksiyon ve internal rotasyonu da azaltarak yürürken ayakların üst üste gelmesini önler.

Hasta Seçimi

Genel Kriterler

Vücut ağırlığı
Yaş
Bası yaraları
Travma sonrası geçen süre
Genel sağlık durumu, fiziki durumu
Kardiyopulmoner durumu
Denge bozuklukları
Psikolojik durumu, motivasyonu
İletişim becerisi

Nörofizyolojik Kriterler

Lezyon seviyesi ve yaygınlığı ile ilgilidir.
Lezyon seviyesi T4-11 olanlar en uygun spinal kord yaralanmalı gruptur.
Tam kesi olan veya olmayan ÜMN lezyonlu olgular da uygun grup olarak değerlendirilir.
FES, periferik lezyonlu, flask paralizili ve ağır spastisitesi olan hastalar için uygun değildir.

Biyomekaniksel Kriterler

Eklem stabilitesi olan;
Belirgin osteoporozu, heterotopik osifikasyonu, ekstremite kısalığı olmayan; sağlıklı bir iskelet yapısı bulunan;
Eklemlerinde ve omurgasında normal pasif mobilitesi olan bireyler FES programı için uygundur.

Klinikte Kullanıldığı Durumlar

İNME/HEMİPLEJİ

Hemiplejik hastalarda alt ekstremite uygulamalarında çok sıklıkla sinirlerin veya yürüyüş sırasında paralize ayağın dorsifleksiyon ve eversiyonunu açığa çıkartan kasların stimülasyonu uygulanır.
Stimülasyon, spastisitesi çok belirgin olmayan ancak motor fonksiyonları kötü olan hastalara uygulanır.
Çok kanallı FES sistemi seçilerek; uygun olmayan diz ekstansiyon ve fleksiyonu, kalça sirkümdiksiyonu ve pelvis elevasyonu, etkilenmiş tarafta pelvisin düşmesi, duruş fazında uygun olmayan ağırlIk transferi ve hatalı itme fazı düzeltilmeye çalışılır.
Ayrıca el bileği ekstansörleri ve dirsek ekstansörlerinin uyarılmasıyla ÜE’de fleksör sinerji azaltılmaya çalışılır. Omuz subluksasyonunu engellemek için omuz kuşağı kaslarının aktif kontraksiyonu uyarılır.

TRAVMATİK BEYİN YARALANMASI

2013 yılında yayınlanan, orta-şiddetli derecede beyin yaralanmasında motor ve duyu bozukluklarında tedavi yöntemlerini kanıta dayalı olarak inceleyen çalışmada, elektrik stimülasyonunun alt ekstremitedeki spastisiteyi 24 saate kadar azaltmada etkin olduğu bildirilmiştir.
Bunun yanı sıra literatürde, botulinum toksin tip A enjeksiyonu sonrası uygulanan splintleme, seri alçılama, egzersiz programları, FES, kol destekleri ve hasta/bakıcı eğitimini içeren fizyoterapi ve rehabilitasyon programı sonrasında spastisite, ağrı ve pasif fonksiyonda önemli gelişmelerin elde edildiğinin saptandığı belirtilmiştir.

SPİNAL KORD YARALANMASI

Paraplejiklerde, kişi ayakta durabilmek veya eğer mümkünse basit yürüyüş hareketleri yaptırabilmek için tek bir kasa veya kas gruplarına FES uygulanır.
FES, spinal kord yaralanması sonrası herhangi bir zamanda uygulanabilmekle birlikte, özellikle nörolojik stabilite elde edildikten sonra uygulanmalıdır.
Fonksiyonel yeteneği limitlememek için eklem kontraktürleri düzeltilmeli, spastisite kontrol altına alınmış olmalıdır.
Motive olmuş ve daha fazla bağımsızlık elde etmeyi hedefleyen bireyler, nöroprotezler için en iyi adaylardır.

Bir Nöroprotez Olarak FES

FES sistemli nöroprotezlerin amaçları, başkalarının yardımına olan ihtiyaçlarını azaltmak, splint, diğer ortotik veya adaptif cihaz ihtiyacını azaltmak ve bir görevi/aktiviteyi gerçekleştirmek için gerekli olan enerjiyi ve zamanı azaltmaktır.
Hastalar, nöroprotezleri özellikle yemek yeme, kişisel hijyen, yazı yazma ve ofis çalışmaları için kullanmaktadırlar.
Alt ve üst ekstremitede kullanılması gereken bir ortopedik desteğin fiziksel ağırlığı, giyip-çıkarma zorluğu, desteğin oluşturduğu basınç ve terleme gibi sebepler göz önüne alındığında FES yönteminin nöroprotez olarak kullanımı uygundur.
Ayrıca fizyolojik uyarıları da tetiklediğinden iyileşmeye katkısı ortopedik desteklere oranla daha fazladır.

SEREBRAL PARALİZİ

FES'in motor aktivite organizasyonunu içeren mekanizmaları etkileme olasılığı olduğu için, yetişkinlere göre çocuklar tedaviyi daha fazla pekiştirir. Çünkü çocuklarda psikomotor gelişim henüz tamamlanmamıştır.
FES uygulaması sonrasında çocukların yürüme paternindeki düzelmenin yanı sıra, düşük ayak ve bacağın internal rotasyonundaki düzelme sonucunda postürde de iyileşme kaydedilmiştir.
Çocuklarda, dipleji ve kuadriplejinin dışında hemipleji durumlarında da sıklıkla bilateral stimülasyon uygulanır.

MULTİPL SKLEROZ

MS hastalığının klinik bulguları düşük ayak, hemiparezi ve FES ile tedavi edilebilen diğer motor yetersizlikleri içermektedir. FES ile tedavi edilen hastaların tedavi sonuçları limitli olmakla birlikte, yapılan çalışmalarda yürümede bazı düzelmelerin elde edildiği belirtilmiştir.
Literatürde, simetrik dalga formunun, ayağın dorsifleksiyonunun açığa çıkartılmasında daha etkin olduğu ve 40 Hz'lik stimülasyonun kasta çabuk yorgunluk gerçekleşmeden düzgün bir kontraksiyonun elde edilmesini sağladığı belirtilmiştir. Akım şiddetinin 20-70 mA arasında, sallanma fazında ayağın yerden kesilmesini sağlayacak kadar olması gerektiği vurgulanmıştır.

DİSFAJİ

İnme sonrası disfaji gelişen hastalarda yutma fonksiyonunu geliştirmek için FES sıklıkla kullanılmaktadır. FES ile supra-hyoid kas grupları stimüle edilerek larinks sisteminin ve hyoid kemiğin elevasyonunun gelişmesi, böylece üst özafagial sfinkterin açılarak "havayolu koruyucu mekanizmasının" fonksiyonunun restorasyonu sağlanmaktadır.
Literatürde, 80 Hz frekans ve 700 usn geçiş süresinde hastanın maksimum toleransının dikkate alındığı akım şiddeti ile uygulanmıştır.

MESANE-BAĞIRSAK FONKSİYON BOZUKLUKLARI

Yapılan çalışmalarda, suprasakral kord seviyesinde lezyonlu hastalarda, mesane ve bağırsak fonksiyonlarını geliştirmek için sakral sinirlerin veya sinir köklerinin elektrik stimülasyonunun bu organların fonksiyon bozuklarının komplikasyonlarını, bakım için gerekli olan harcamaları önemli derecede azalttığı kaydedilmiştir.
Ayrıca, sakral parasempatik sinirlerin düzenli stimülasyonunun, hastanın konstipasyonunu azalttığı gösterilmiştir.

RESPİRATUAR KAS FONKSİYON BOZUKLUKLARI

Servikal spinal kord yaralanmasını takiben hastalarda mekanik ventilasyonu gerektiren kronik respiratuar yetmezlik gelişmektedir. Bu teknik, n. phrenicus ve diafragması sağlam olan, solunum felci gelişen yüksek seviye tetraplejik olgularda uygulanır.
Her iki n. phrenicus, düşük frekanslı (7-8 Hz) akım ile dakikada 5-9 kez soluk alıp verme sağlanacak şekilde sürekli uyarılır.
Spinal kord yaralanmalı hastalarda sıklıkla kullanılmakla birlikte, Amyotrofik Lateral Skleroz gibi kronik hipoventilasyonu olan hastalarda santral uyku apnesine karşı ve yaşam kalitesini arttırmaya yönelik de uygulanmaktadır.
N. phrenicus'un elektrik stimülasyonu ile diafragmanın aktivasyonu bu hastalarda birçok problemi elimine etmekte, ventilasyonun çok daha doğal ve spontan nefes almaya yakın bir şekilde yapılmasını sağlamaktadır.

Uygulamayı Engelleyen Durumlar

Osteoartiküler yapılarda değişikler, örneğin; kontraktürler, deformiteler, kısalıklar, kalça veya diz eklemi zayıflığı, osteoporoz.
Periferik sinirlerde elektriksel eksitabiliteyi azaltan değişiklikler
Kasların yapılarındaki kasılabilmeyi azaltan değişiklikler
Elektrotların yerleştirilmesindeki sorunlar veya çok yoğun akım şiddetinin gerekliliği (çoğunlukla anatomik anomaliler veya obezite durumu).
Psikolojik veya fiziksel nedenlerden FES'İ evde bağımsız olarak kullanamayacak kişiler, kooperasyon yetersizliği gibi durumlar.

Dezavantajları

Uygulama sırasında elektrodun kayması,
Stimülasyonun ağrılı olması,
Hasta katılımındaki yetersizlik,
Hastanın tedaviye uyumunun az olması,
Yorgunluğa yol açması,
Derin kaslara ulaşılmasındaki zorluk,
Pahalı olması (özellikle hibridli ve nöroprotezli FES sistemleri),
Kullanım açısından sistemin karmaşık ve zor olması,
Uygulama için bu alanda uzmanlaşmış fizyoterapiste ihtiyaç duyulması,
Uzun bir eğitim döneminin olması,
Cihaz için teknik desteğe ihtiyaç duyulması,
Çok merkezli, randomize klinik çalışmaların azlığı,
Transkutanöz FES uygulaması hariç, diğerlerinin invaziv olması,
İnvaziv tekniklerde enfeksiyon riskinin olması,
İnvaziv uygulamalarda kablonun çıkması veya kopması (çok nadiren),
Invaziv olanlarda pil değiştirme veya yeniden şarj etme ihtiyacının olması.

Kontraendikasyonları

Elektrot alanlarında deri lezyonu veya kızarıklık olması,
Elektrot yerleşim bölgesinde metal implant bulunması,
Hedef kasın denerve olması,
13.Periferik sinirlerde elektriksel aktiviteyi azaltan değişiklikler olması,
Alt ekstremitenin herhangi bir yerinde basınç ülseri,
Elektrotların yerleştirilmesindeki zorluklar veya akım şiddetinin çok yüksek uygulanmasının gerekliliği
15 dk süreyle ayakta durduğunda ortostatik hipotansiyon belirtilerinin ortaya çıkması,
Psikolojik veya fiziksel nedenlerle evde bağımsız olarak kullanamayacak kişiler,
Kontrol edilemeyen hipertansiyon,
Kontrol altına alınmamış epilepsisi olan kişiler,
Kardiyopulmoner instabilite durumları,
Hamile kadınlar,
Metabolik instabilite durumları,
Kanser veya tümöral durumlar.
Osteoartiküler yapılarda değişiklikleri olanlar (kontraktür, deformite…),
Kalp pili kullananlar,