การกระตุ้นไฟฟ้าประสาทกล้ามเนื้อ (NMES) คืออะไร

การกระตุ้นไฟฟ้าประสาทกล้ามเนื้อ (NMES) คืออะไร

หลักการ การประยุกต์ใช้ทางคลินิก และทิศทางการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อส่งเสริมกิจกรรมทางกายในทุกระดับความสามารถ

เรียบเรียงจากบทความวิชาการ Unlocking the Potential of Neuromuscular Electrical Stimulation: Achieving Physical Activity Benefits for All Abilities (Ackermann, Juthberg & Flodin, 2024) ตีพิมพ์ใน Frontiers in Sports and Active Living

เมื่อไฟฟ้าช่วยให้กล้ามเนื้อ “ขยับ” ได้อีกครั้ง

การกระตุ้นไฟฟ้าประสาทกล้ามเนื้อ หรือ Neuromuscular Electrical Stimulation (NMES) เป็นเทคนิคทางการแพทย์ที่ใช้กระแสไฟฟ้าผ่านขั้วไฟฟ้าที่วางบนผิวหนังเหนือกล้ามเนื้อเป้าหมาย เพื่อกระตุ้นให้กล้ามเนื้อเกิดการหดตัวโดยไม่ต้องอาศัยคำสั่งจากสมอง หลักการทำงานของ NMES เลียนแบบกระบวนการที่ระบบประสาทส่วนกลางใช้ในการควบคุมกล้ามเนื้อตามปกติ เพียงแต่สัญญาณกระตุ้นไม่ได้เริ่มต้นจากสมอง หากมาจากเครื่องกระตุ้นไฟฟ้าโดยตรง

แนวคิดการใช้ไฟฟ้าเพื่อการรักษาไม่ใช่เรื่องใหม่ มีหลักฐานว่ามนุษย์ในอียิปต์และกรีกโบราณเคยใช้ปลาไหลไฟฟ้าเพื่อบรรเทาอาการปวดมาแล้ว ส่วน NMES ในรูปแบบที่ใช้กันในปัจจุบันมีรากฐานมาจากการค้นพบของ Galvani ในศตวรรษที่ 18 ที่พบว่ากระแสไฟฟ้าสามารถกระตุ้นให้กล้ามเนื้อหดตัวได้ ปัจจุบันเทคโนโลยีไฟฟ้ากระตุ้นถูกนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง ทั้งในรูปแบบ TENS (Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation) เพื่อจัดการความปวด และ NMES เพื่อวัตถุประสงค์ด้านการฟื้นฟูสภาพร่างกาย

ในทางคลินิก NMES ถูกใช้อย่างแพร่หลายเพื่อเสริมสร้างความแข็งแรงให้กล้ามเนื้อที่อ่อนแรง ลดการลีบของกล้ามเนื้อในช่วงที่ร่างกายถูกจำกัดการเคลื่อนไหว เช่น หลังการผ่าตัดหรือได้รับบาดเจ็บ และยังถูกใช้เป็นตัวเสริมร่วมกับการออกกำลังกายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการฝึก อย่างไรก็ตาม ความท้าทายสำคัญที่ทำให้ผลลัพธ์ของ NMES ในทางปฏิบัติยังไม่เต็มประสิทธิภาพคือปัญหาด้านความร่วมมือของผู้ใช้ (compliance) ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการวางขั้วไฟฟ้าที่ไม่ถูกตำแหน่งและความไม่สบายตัวระหว่างการรักษา บทความนี้จะพาผู้อ่านไปทำความเข้าใจหลักการทำงาน พารามิเตอร์สำคัญ ประโยชน์ทางคลินิก ข้อจำกัด และทิศทางการพัฒนาเทคโนโลยี NMES ในอนาคต

หลักการพื้นฐานและพารามิเตอร์สำคัญของ NMES

ประสิทธิภาพและความสบายในการใช้ NMES ขึ้นอยู่กับการปรับพารามิเตอร์การกระตุ้นหลายตัวให้เหมาะสม ได้แก่ ความถี่ (frequency) ความกว้างของพัลส์ (pulse width) ความเข้ม (intensity) รูปคลื่น (waveform) ระยะเวลาคงที่ (plateau time) อัตราส่วนเวลาเปิด-ปิด (on:off-time) และเวลาไล่ระดับขึ้น-ลง (ramp-up/ramp-down time) การทำความเข้าใจบทบาทของแต่ละพารามิเตอร์จะช่วยให้ผู้ให้การรักษาสามารถออกแบบโปรแกรมกระตุ้นที่ได้ผลลัพธ์สูงสุดโดยที่ผู้รับการรักษายังรู้สึกสบายตัว

ความกว้างของพัลส์ ความถี่ และความเข้ม

งานวิจัยพบว่าการเพิ่มค่าความกว้างของพัลส์ ความถี่ และ/หรือความเข้ม จะทำให้มีการเกณฑ์ใยกล้ามเนื้อ (muscle fiber recruitment) เข้าทำงานมากขึ้น ส่งผลให้เกิดแรงหดตัวที่สูงขึ้นตามไปด้วย แต่ในขณะเดียวกันพารามิเตอร์เหล่านี้ก็ส่งผลต่อความสบายของผู้รับการกระตุ้นด้วยเช่นกัน โดยความถี่มีความสัมพันธ์โดยตรงกับแรงบิดของกล้ามเนื้อที่เกิดขึ้น แม้จะใช้ขั้วไฟฟ้าแบบสิ่งทอ (textile electrode) ก็ตาม

ความกว้างของพัลส์ที่ยาวขึ้น เช่นในช่วง 400-600 ไมโครวินาที จะเลือกกระตุ้นใยประสาทสั่งการ (motor fiber) ได้ดีกว่า ขณะที่ความกว้างพัลส์ที่สั้นกว่าจะกระตุ้นใยประสาทรับความรู้สึก (sensory fiber) ในสัดส่วนที่มากกว่า ด้วยเหตุนี้ความกว้างพัลส์ที่ยาวกว่าจึงส่งผลดีต่อการสร้างแรงบิดของกล้ามเนื้อ การศึกษาในกล้ามเนื้อต้นขาด้านหน้า (quadriceps) ชี้ว่าความกว้างพัลส์ในช่วง 400-600 ไมโครวินาที ร่วมกับความถี่ 30-50 เฮิรตซ์ ให้ผลการเกณฑ์กล้ามเนื้อที่เหมาะสมที่สุดโดยไม่ทำให้กล้ามเนื้อล้าหรือมีภาระเมแทบอลิซึมมากเกินไป

อัตราส่วนเวลาเปิด-ปิด และเวลาไล่ระดับ

อัตราส่วนเวลาเปิด-ปิด (on:off-time) และเวลาไล่ระดับขึ้น-ลง (ramp-up/ramp-down time) เชื่อว่ามีผลหลักต่อความสบายในการรับการกระตุ้นมากกว่าประสิทธิภาพการรักษา ค่าที่เหมาะสมที่สุดของอัตราส่วนเวลาเปิด-ปิดยังไม่มีข้อสรุปที่ชัดเจน แต่หากเวลาปิดสั้นเกินไป จะเพิ่มความเสี่ยงต่อความล้าของกล้ามเนื้อ เนื่องจากกล้ามเนื้อไม่มีเวลาฟื้นตัวเพียงพอ งานวิจัยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนเวลาเปิด-ปิดที่ 1:5 (เช่น เปิด 10 วินาที ปิด 50 วินาที) ช่วยให้กล้ามเนื้อมีเวลาฟื้นตัวระหว่างรอบการกระตุ้นได้อย่างเหมาะสม

ความเข้มสูงและความเข้มต่ำ

งานวิจัยส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ NMES ความเข้มสูง ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อเลียนแบบการหดตัวของกล้ามเนื้อในระดับการออกกำลังกายสูงสุด อันเป็นที่ต้องการสำหรับผลด้านการเสริมสร้างความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ อย่างไรก็ตาม NMES ความเข้มสูงอาจทำให้เกิดความเจ็บปวดได้มาก ในทางตรงกันข้าม NMES ความเข้มต่ำ (low-intensity NMES หรือ LI-NMES) ก่อให้เกิดความเจ็บปวดน้อยมาก ขณะที่ยังคงสามารถกระตุ้นให้กล้ามเนื้อหดตัวได้ ซึ่งผลลัพธ์นี้ช่วยเพิ่มการไหลเวียนเลือดทั้งในหลอดเลือดดำและหลอดเลือดแดงอย่างมีนัยสำคัญ ด้วยคุณสมบัตินี้ LI-NMES จึงถูกพัฒนาให้เป็นแนวทางที่มีศักยภาพในการป้องกันภาวะลิ่มเลือดอุดตันในหลอดเลือดดำ (venous thromboembolism) ทั้งในกล้ามเนื้อน่องและกล้ามเนื้อต้นขาด้านหน้า

ความแตกต่างระหว่าง NMES กับการหดตัวของกล้ามเนื้อตามใจสั่ง

แม้ NMES จะถูกออกแบบมาให้เลียนแบบการหดตัวของกล้ามเนื้อตามใจสั่ง (voluntary muscle contraction) แต่กลไกการทำงานมีความแตกต่างจากการหดตัวที่ถูกควบคุมโดยระบบประสาทส่วนกลางอยู่หลายประการ NMES จะกระตุ้นหน่วยกล้ามเนื้อ (motor unit) พร้อมกันในตำแหน่งระหว่างขั้วไฟฟ้า โดยมักกระตุ้นกล้ามเนื้อชั้นตื้นเป็นหลัก และเกณฑ์หน่วยกล้ามเนื้อกลุ่มเดิมซ้ำ ๆ ในรูปแบบพื้นที่ที่ตายตัว ซึ่งนำไปสู่ความล้าที่เกิดขึ้นเร็วกว่าการหดตัวตามใจสั่ง ในทางตรงกันข้าม การหดตัวตามใจสั่งจะกระจายการเกณฑ์หน่วยกล้ามเนื้อ และมีการสลับเปลี่ยนทั้งจำนวนและตำแหน่งของหน่วยกล้ามเนื้อที่ถูกกระตุ้นอยู่เสมอ นอกจากนี้ NMES ยังมีแนวโน้มกระตุ้นใยกล้ามเนื้อชนิดหดตัวเร็ว (fast-twitch fiber) เป็นหลัก ซึ่งแม้จะทำให้ล้าเร็วกว่า แต่ก็เป็นข้อได้เปรียบสำหรับการฟื้นฟูสภาพ เนื่องจากใยกล้ามเนื้อชนิดนี้เป็นกลุ่มที่อ่อนแรงมากที่สุดหลังการบาดเจ็บหรือการผ่าตัด

ตารางที่ 1: สรุปพารามิเตอร์หลักของ NMES และผลที่มีต่อการรักษา

ผลข้างเคียงและข้อควรระวังในการใช้ NMES

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีงานวิจัยจำนวนมากขึ้นที่ชี้ให้เห็นว่าการกระตุ้นไฟฟ้าที่ไม่เหมาะสมสามารถก่อให้เกิดผลเสียต่อร่างกายได้ นอกจากอาการปวดเมื่อยกล้ามเนื้อทั่วไปที่อาจคงอยู่หนึ่งถึงสี่วันหลังการรักษาแล้ว การใช้ NMES มากเกินไปยังอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อใยกล้ามเนื้อ การหลั่งเอนไซม์ครีเอตินไคเนสเพิ่มขึ้น และภาวะกล้ามเนื้อสลาย (rhabdomyolysis) ซึ่งในรายที่รุนแรงอาจนำไปสู่ภาวะไตวายเฉียบพลันได้ โดยเฉพาะในผู้ที่มีการทำงานของไตบกพร่องอยู่ก่อนแล้ว

ผลข้างเคียงดังกล่าวพบได้บ่อยเป็นพิเศษในการฝึกกล้ามเนื้อแบบเข้มข้นด้วยชุดกระตุ้นไฟฟ้าทั่วร่างกาย (whole-body electromyostimulation) ซึ่งมีขั้วไฟฟ้าจำนวนมากกระตุ้นกล้ามเนื้อหลายกลุ่มพร้อมกัน อย่างไรก็ตาม บทวิเคราะห์อภิมาน (meta-analysis) ของการทดลองแบบมีกลุ่มควบคุมในระยะหลังก็แสดงให้เห็นว่าเทคนิคนี้มีขนาดผล (effect size) ระดับปานกลางถึงสูงต่อภาวะมวลกล้ามเนื้อน้อย (sarcopenia) มวลกล้ามเนื้อ และพารามิเตอร์ความแข็งแรงของกล้ามเนื้อด้วยเช่นกัน

ข้อจำกัดอื่นของการรักษาด้วย NMES ในปัจจุบัน คือผู้ป่วยจำนวนมากรู้สึกไม่สบายตัวหรือเจ็บปวดระหว่างการกระตุ้น และมีความยากลำบากในการติดตั้งเครื่อง NMES ด้วยตนเองอย่างถูกต้องโดยไม่มีผู้ช่วยเหลือ ซึ่งนำไปสู่ความร่วมมือในการรักษาที่ต่ำ ความร่วมมือของผู้ป่วย (adherence) ถือเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการกำหนดว่าการรักษาในทางคลินิกจะสามารถให้ผลลัพธ์ได้ตามที่แสดงในงานวิจัยหรือไม่ ความท้าทายนี้เป็นแรงผลักดันให้นักวิจัยจากสถาบัน Karolinska Institutet มุ่งพัฒนาและปรับปรุงเทคโนโลยี NMES รวมถึงการบูรณาการการรักษาเข้ากับเสื้อผ้า ซึ่งมีศักยภาพในการเพิ่มความร่วมมือในการรักษาได้อย่างมาก

ขั้วไฟฟ้าและจุดมอเตอร์: กุญแจสำคัญของประสิทธิภาพการรักษา

การใช้ NMES อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดต้องอาศัยการปรับขนาด จำนวน และตำแหน่งของขั้วไฟฟ้าให้เหมาะสม งานวิจัยพบว่าขั้วไฟฟ้าขนาดใหญ่ให้ความรู้สึกสบายกว่าขั้วไฟฟ้าขนาดเล็ก แต่หากขั้วไฟฟ้ามีขนาดใหญ่เกินไปก็จะลดประสิทธิภาพของการรักษาลงได้เช่นกัน ขนาดที่เหมาะสมยังขึ้นอยู่กับกล้ามเนื้อที่ต้องการกระตุ้นด้วย โดยกล้ามเนื้อมัดใหญ่โดยทั่วไปจะต้องใช้ขั้วไฟฟ้าขนาดใหญ่กว่า

การวางขั้วไฟฟ้าบนตำแหน่งที่เรียกว่า “จุดมอเตอร์” (motor point) ได้รับการพิสูจน์ว่าให้การกระตุ้นที่สบายและมีประสิทธิภาพมากกว่า ในทางสรีรวิทยาไฟฟ้า จุดมอเตอร์หมายถึงตำแหน่งบนผิวหนังที่ต้องการความเข้มของการกระตุ้นไฟฟ้าต่ำที่สุดเพื่อทำให้กล้ามเนื้อเกิดการหดตัว อย่างไรก็ตาม การค้นหาจุดมอเตอร์ด้วยมือโดยใช้ปากกาค้นหาจุดมอเตอร์ (motor point pen) ต้องใช้เวลาและการฝึกฝน จึงเป็นปัญหาในการใช้งาน NMES ในชีวิตประจำวัน ด้วยเหตุนี้จึงมีการพัฒนาแผนที่ทางกายวิภาคเพื่อแสดงตำแหน่งที่มักพบจุดมอเตอร์บนร่างกาย แต่เนื่องจากตำแหน่งของจุดมอเตอร์มีความแปรปรวนระหว่างบุคคลค่อนข้างมาก ผู้ใช้งานทั่วไปจึงยังประสบปัญหาในการค้นหาตำแหน่งที่แม่นยำ ซึ่งนำไปสู่ปัญหาความร่วมมือในการรักษาต่อไป

ขั้วไฟฟ้าแบบเมทริกซ์: นวัตกรรมเพื่อแก้ปัญหาความแปรปรวนรายบุคคล

เพื่อรับมือกับความท้าทายดังกล่าวและความแปรปรวนรายบุคคลของตำแหน่งจุดมอเตอร์ การพัฒนาที่ดำเนินมาเป็นเวลาหลายปีได้นำไปสู่กระบวนการค้นหาจุดมอเตอร์แบบอัตโนมัติ ซึ่งดำเนินการภายในขั้วไฟฟ้าแบบเมทริกซ์ (matrix of electrodes) อันมีศักยภาพในการเพิ่มความร่วมมือในการรักษาด้วย NMES ภายในขั้วไฟฟ้าแบบเมทริกซ์นี้ ขั้วไฟฟ้าหลายขั้วสามารถถูกรวมกันเพื่อสร้างขนาดขั้วไฟฟ้าที่ปรับให้เหมาะกับแต่ละบุคคลได้ ซึ่งช่วยเพิ่มทั้งความร่วมมือและผลลัพธ์การรักษา การปรับขนาดขั้วไฟฟ้าให้เหมาะสมมีความสำคัญต่อข้อบ่งใช้และกลุ่มกล้ามเนื้อที่แตกต่างกัน นอกจากนี้การปรับเปลี่ยนรูปแบบการกระตุ้นภายในขั้วไฟฟ้าแบบเมทริกซ์ยังช่วยลดความล้าของกล้ามเนื้อและเกณฑ์ใยกล้ามเนื้อได้ในช่วงที่กว้างขึ้น ผลลัพธ์คือ NMES ภายในขั้วไฟฟ้าแบบเมทริกซ์มีศักยภาพในการวางขั้วไฟฟ้าโดยอัตโนมัติเหนือจุดมอเตอร์ พร้อมปรับขนาดและจำนวนขั้วไฟฟ้าให้เหมาะกับการรักษาเฉพาะบุคคลได้

งานวิจัยยังได้กล่าวถึงนวัตกรรม “กางเกง NMES” (NMES pants) ที่พัฒนาร่วมกับ Swedish School of Textiles แห่งมหาวิทยาลัย Borås ประเทศสวีเดน ซึ่งฝังขั้วไฟฟ้าหลายขนาด (5×9 ซม. และ 5×5 ซม.) เข้ากับโครงสร้างของเสื้อผ้าโดยตรง การบูรณาการเทคโนโลยีสวมใส่ได้ (wearable technology) เช่นนี้ ถือเป็นแนวทางสำคัญที่อาจช่วยเพิ่มความสะดวกในการใช้งานและความร่วมมือในการรักษาระยะยาว

ผลด้านการเสริมสร้างความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ

ปัจจุบัน NMES ถูกใช้ทั้งเป็นตัวเสริมการฝึกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในผู้ที่มีสุขภาพดี และถูกใช้โดยนักกายภาพบำบัดเป็นส่วนหนึ่งของการฟื้นฟูสภาพ เช่น หลังการผ่าตัดหรือบาดเจ็บ เพื่อคงความแข็งแรงและเสริมสร้างกล้ามเนื้อที่อ่อนแรง งานวิจัยส่วนใหญ่ในอดีตมุ่งศึกษาการใช้ NMES ร่วมกับการหดตัวของกล้ามเนื้อตามใจสั่ง แต่งานวิจัยในระยะหลังแสดงให้เห็นว่า NMES เพียงอย่างเดียวก็สามารถให้ผลดีต่อการคงความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ การฟื้นฟูจากการบาดเจ็บ และการฟื้นตัวหลังการฝึกได้เช่นกัน

NMES ร่วมกับการหดตัวตามใจสั่ง

การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าการใช้ NMES ร่วมกับการหดตัวของกล้ามเนื้อตามใจสั่งให้ผลการฝึกที่ดีกว่า ทั้งในกลุ่มผู้สูงอายุและกลุ่มคนวัยหนุ่มสาว ตัวอย่างเช่น การศึกษาหนึ่งพบว่าการใช้ NMES ร่วมกับการฝึกความแข็งแรงของกล้ามเนื้อขาและสะโพกสัปดาห์ละ 3 ครั้งเป็นเวลา 4 สัปดาห์ในผู้สูงอายุ ช่วยเพิ่มความเร็วในการเดินทดสอบได้ดีกว่าการออกกำลังกายเพียงอย่างเดียว อีกการศึกษาในกลุ่มคนหนุ่มสาวสุขภาพดีและกระฉับกระเฉงพบว่า โปรแกรมฝึกกระโดดในแนวตั้งร่วมกับการกระตุ้นไฟฟ้าเป็นเวลา 6 สัปดาห์ ช่วยเพิ่มความสูงในการกระโดดได้มากกว่าการฝึกกระโดดเพียงอย่างเดียวหรือไม่ได้ฝึกเลยถึง 10% ผลการศึกษาเหล่านี้บ่งชี้ว่า NMES อาจสามารถกระตุ้นส่วนของกล้ามเนื้อที่การออกกำลังกายตามปกติเข้าไม่ถึง และ/หรือให้ภาระงานที่มากกว่าการฝึกแบบทั่วไป นอกจากนี้ยังมีการศึกษาที่พบว่า NMES และการออกกำลังกายสามารถเสริมประสิทธิภาพกันได้แม้ทำในแขนขาคนละข้าง ซึ่งบ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ของกลไกตัวกลางในระดับร่างกายทั้งระบบ และ/หรือผลที่ถูกควบคุมผ่านระบบประสาทส่วนกลาง

NMES โดยไม่มีการหดตัวตามใจสั่ง

งานวิจัยแสดงให้เห็นว่า NMES เพียงอย่างเดียวสามารถสร้างแรงได้ในระดับที่ค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับแรงหดตัวสูงสุดที่เกิดจากการหดตัวตามใจสั่ง (maximum voluntary contraction หรือ MVC) ซึ่งวัดด้วยเครื่องไดนาโมมิเตอร์ (เช่น Biodex) ในการออกกำลังเหยียดเข่าของกล้ามเนื้อต้นขา งานวิจัยชี้ว่าระดับการกระตุ้นอย่างน้อย 20% ของ MVC จำเป็นต่อการเกิดผลด้านการเสริมสร้างความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ โดยทั่วไปการหดตัวที่เกิดจาก NMES จะให้แรงต่ำกว่าการหดตัวตามใจสั่ง มักอยู่ที่ระดับต่ำกว่า 50% ของ MVC แม้ในระดับความเข้มสูงสุดที่ทนได้ ซึ่งเป็นผลมาจากความแตกต่างในกลไกการกระตุ้นกล้ามเนื้อ NMES ยังมีแนวโน้มกระตุ้นใยกล้ามเนื้อชั้นตื้นมากกว่า ซึ่งอาจส่งผลให้ผลลัพธ์การฝึกด้อยกว่าการออกกำลังกายตามปกติ ข้อจำกัดนี้นำไปสู่งานวิจัยเพิ่มเติมที่มุ่งปรับปรุงเทคนิค NMES รวมถึงการปรับจำนวน ตำแหน่ง และขนาดของขั้วไฟฟ้า พารามิเตอร์การกระตุ้น และโปรโตคอลการฝึก นอกจากนี้การผสมผสาน NMES เข้ากับเทคนิคอื่น เช่น การจำกัดการไหลเวียนเลือด (blood flow restriction) ก็แสดงศักยภาพในการให้ผลการฝึกที่ดีกว่าการใช้ NMES เพียงอย่างเดียว

ผลในระดับโมเลกุลและพันธุกรรม

เพื่อทำความเข้าใจผลของ NMES ต่อกล้ามเนื้อในระดับที่ลึกขึ้น มีการศึกษาหลายชิ้นที่ตรวจสอบผลในระดับยีนและใยกล้ามเนื้อ การศึกษาหนึ่งที่เปรียบเทียบการกระตุ้น NMES 30 นาทีที่ความเข้มสูงสุดที่ทนได้กับการฝึกความแข็งแรงแบบปกติ พบว่าทั้งสองวิธีต่างก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการออกกำลังกายในกล้ามเนื้อต้นขาภายใน 24 ชั่วโมงหลังการฝึก แม้การออกกำลังกายแบบปกติจะมีผลต่อการควบคุมการแสดงออกของยีนในระดับที่มากกว่า แต่ NMES ก็ยังคงเป็นทางเลือกที่ดีในกรณีที่ไม่สามารถออกกำลังกายตามปกติได้

งานวิจัยอีกชิ้นหนึ่งจากกลุ่มผู้เขียนพบว่า การกระตุ้น NMES เพียงครั้งเดียวที่ระดับ 20% ของ MVC โดยใช้กางเกง NMES สามารถปรับเปลี่ยนการแสดงออกของยีนที่แตกต่างกันถึง 4,448 ยีน โดยมีความซ้อนทับกันถึง 80% กับยีน 2,571 ยีนที่ถูกควบคุมโดยการออกกำลังกายตามปกติ ยีนที่ถูกควบคุมโดย NMES รวมถึงยีนที่เกี่ยวข้องกับการออกกำลังกายซึ่งเป็นที่รู้จักกันดี เช่น PPARGC1A, ABRA, VEGFA และ GDNF มีเพียง 8 ยีนเท่านั้นที่ถูกควบคุมไปในทิศทางตรงข้ามกันระหว่าง NMES และการออกกำลังกาย ที่น่าสนใจคือ การกระตุ้น NMES ที่ระดับ 20% ของ MVC นี้สามารถทำได้ในระดับความไม่สบายตัวที่ยอมรับได้ (คะแนนความปวดต่ำกว่า 4 จากคะแนนเต็ม 10 ตามมาตรวัด VAS)

การศึกษาอื่น ๆ ที่ใช้การรักษาด้วย NMES หลายครั้ง ตั้งแต่ระยะเวลา 5 วันถึง 10 สัปดาห์ ด้วยความถี่ 3-6 ครั้งต่อสัปดาห์ และระยะเวลาต่อครั้งระหว่าง 18 นาทีถึง 2 ชั่วโมง ได้แสดงผลต่อการแสดงออกของยีนและองค์ประกอบใยกล้ามเนื้อทั้งในกลุ่มคนหนุ่มสาวและผู้สูงอายุ ผลดังกล่าวยังถูกสังเกตพบในบริบททางออร์โธปิดิกส์ เช่น การช่วยฟื้นฟูความแข็งแรงของกล้ามเนื้อต้นขาด้านหน้าหลังการผ่าตัดเข่า การผ่าตัดเอ็นไขว้หน้า และการผ่าตัดเปลี่ยนข้อเข่าเทียม โดยสรุป การศึกษาต่าง ๆ ได้ข้อสรุปว่า NMES สามารถคงมวลกล้ามเนื้อ ป้องกันการลีบของกล้ามเนื้อ และในระดับหนึ่งสามารถปรับเปลี่ยนและพัฒนาการแสดงออกของยีนได้ แม้ผลของ NMES จะมีความเด่นชัดน้อยกว่าการออกกำลังกายตามปกติเมื่อเปรียบเทียบกัน แต่ก็ยังเป็นตัวเลือกที่มีคุณค่าสำหรับผู้ที่ไม่สามารถออกกำลังกายตามปกติได้ และเป็นตัวเสริมที่ดีสำหรับการฝึกมาตรฐานในผู้ที่มีสุขภาพดี

ประโยชน์ของ NMES ในภาวะไม่เคลื่อนไหวร่างกาย

ภาวะไม่เคลื่อนไหวร่างกาย (physical inactivity) เป็นปัญหาสุขภาพระดับโลกที่สำคัญและมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเป็นสาเหตุของการเสียชีวิตที่สามารถป้องกันได้ประมาณ 3.2 ล้านคนต่อปี ภาวะถูกจำกัดการเคลื่อนไหว (immobilization) และการไม่เคลื่อนไหวร่างกายมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการเกิดและการลุกลามของโรคอ้วน เบาหวานชนิดที่ 2 การเกิดลิ่มเลือดในหลอดเลือดดำที่ขาและปอด รวมถึงการลดลงของความแข็งแรงของกล้ามเนื้อและการทรงตัว ซึ่งอาจนำไปสู่การหกล้ม โดยเฉพาะในผู้สูงอายุ แม้การมีกิจกรรมทางกายจะเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการต้านผลเสียดังกล่าว แต่ก็ไม่สามารถทำได้เสมอไป โดยเฉพาะหลังการผ่าตัดหรือในผู้สูงอายุที่มีโรคประจำตัวร่วม วิธีการรักษาในปัจจุบันสำหรับภาวะเหล่านี้มักยังไม่เพียงพอ ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากความร่วมมือในการรักษาที่ต่ำ จึงมีความจำเป็นอย่างชัดเจนที่จะต้องพัฒนาทางเลือกการรักษาที่ดีขึ้นเพื่อลดผลเสียจากภาวะไม่เคลื่อนไหวร่างกาย

NMES ซึ่งใช้พลังงานของร่างกายเองในการสร้างการหดตัวของกล้ามเนื้อ จึงเป็นอีกแนวทางหนึ่งในการกระตุ้นกล้ามเนื้อในช่วงที่ถูกจำกัดการเคลื่อนไหว ทำให้ NMES มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับผู้สูงอายุ ผู้ป่วยหลังผ่าตัด และผู้ที่มีความเสี่ยงด้านหลอดเลือดหัวใจหรือมีโรคร่วมอื่น ๆ เช่น โรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง ซึ่งมีความยากลำบากในการเข้าร่วมโปรแกรมออกกำลังกาย

การพัฒนาการทรงตัว

ผู้ที่มีอายุมากกว่า 65 ปี มีความเสี่ยงต่อการหกล้มถึง 30% ต่อปี และสำหรับผู้ที่อาศัยอยู่ในสถานพยาบาลผู้สูงอายุ ความเสี่ยงนี้เพิ่มขึ้นเป็น 50% การหกล้มในผู้สูงอายุอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่รุนแรง เช่น กระดูกหัก ภาวะเคลื่อนไหวไม่ได้ และอาจถึงขั้นเสียชีวิต แม้การมีกิจกรรมทางกายเป็นประจำจะช่วยลดความเสี่ยงของการหกล้มและกระดูกหักที่เกี่ยวข้อง แต่ผู้สูงอายุจำนวนมากไม่สามารถเข้าร่วมกิจกรรมดังกล่าวได้ NMES ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกระตุ้นกล้ามเนื้ออย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะในกลุ่มผู้สูงอายุและ/หรือผู้ที่ไม่ได้รับการฝึกมาก่อน ส่งผลให้ความแข็งแรงและการทำงานของกล้ามเนื้อดีขึ้น ตัวอย่างเช่น การรักษาด้วย NMES เป็นเวลา 30 นาที สัปดาห์ละ 2-3 ครั้ง เป็นเวลา 9 สัปดาห์ ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถพัฒนาเวลาในการเดินทดสอบได้ดีขึ้นถึง 15-20%

การควบคุมเมแทบอลิซึม

นอกจากความเสี่ยงต่อการหกล้มแล้ว ภาวะไม่เคลื่อนไหวร่างกายยังเพิ่มความเสี่ยงต่อเบาหวานชนิดที่ 2 และโรคอ้วนอีกด้วย ในระดับโลก ผู้ใหญ่หนึ่งในสิบเอ็ดคนเป็นโรคเบาหวาน และในปี 2562 มีผู้เสียชีวิตจากเบาหวานหรือภาวะแทรกซ้อนมากกว่าสี่ล้านคน เทียบเท่ากับการเสียชีวิตหนึ่งคนทุก 8 วินาที นอกจากผู้ที่ได้รับการวินิจฉัยเบาหวานแล้ว ยังมีผู้ที่อยู่ในภาวะเบาหวานแอบแฝง (pre-diabetes) อีกจำนวนมาก ซึ่งมีความเสี่ยงในการพัฒนาเป็นโรคเบาหวาน แต่ก็ยังมีโอกาสสูงในการป้องกันได้หากได้รับการดูแลที่เหมาะสม

การมีกิจกรรมทางกายมีความสำคัญทั้งต่อการป้องกันและการรักษาเบาหวานชนิดที่ 2 แต่ดังที่กล่าวไปแล้วว่าหลายคนไม่สามารถออกกำลังกายตามปกติได้ สำหรับกลุ่มนี้ NMES จึงเป็นทางเลือกที่มีคุณค่า โดยให้ผลคล้ายคลึงกับการมีกิจกรรมทางกายตามปกติในด้านการควบคุมระดับน้ำตาลในเลือด การศึกษาหนึ่งพบว่าผู้ป่วยเบาหวานชนิดที่ 2 ที่ได้รับการกระตุ้น NMES ที่กล้ามเนื้อต้นขาด้านหน้าเป็นเวลา 40 นาที 5 วันต่อสัปดาห์ เป็นเวลา 8 สัปดาห์ มีระดับน้ำตาลในเลือดขณะอดอาหารดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และมีไขมันในร่างกายลดลง ผลดังกล่าวได้รับการยืนยันจากการทบทวนวรรณกรรมอย่างเป็นระบบเช่นกัน นอกจากนี้ ผู้ป่วยเบาหวานชนิดที่ 2 มักมีภาวะหลอดเลือดแดงส่วนปลายตีบ (peripheral artery disease) ร่วมด้วย ซึ่งทำให้เกิดอาการปวดจากการขาดเลือด (ischemic pain) ที่ขาและส่งผลต่อการเดิน NMES ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถเพิ่มการไหลเวียนเลือดแดงส่วนปลาย ลดอาการปวดจากการขาดเลือด และเพิ่มระยะทางในการเดินได้ อย่างไรก็ตาม การทบทวนวรรณกรรมอย่างเป็นระบบยังเรียกร้องให้มีการศึกษาเชิงทดลองที่มีคุณภาพสูงเพิ่มขึ้นเพื่อให้ได้ข้อสรุปที่ชัดเจน

การป้องกันการเกิดลิ่มเลือด

ความเสี่ยงสำคัญอีกประการหนึ่งที่เกิดจากภาวะไม่เคลื่อนไหวร่างกายและการถูกจำกัดการเคลื่อนไหวเป็นเวลานาน คือการเกิดลิ่มเลือดในหลอดเลือดดำที่ขาหรือปอด โดยพบว่า 1 ถึง 4 คนใน 100 คนจะเกิดลิ่มเลือดที่ต้องได้รับการรักษาในช่วงชีวิตหนึ่ง การรักษาด้วยยาต้านการแข็งตัวของเลือด (anticoagulant) แม้จะมีให้ใช้ แต่ก็ไม่ได้มีประสิทธิภาพเสมอไป และสำหรับผู้สูงอายุที่มีความเสี่ยงต่อการหกล้ม ยาดังกล่าวยังเพิ่มความเสี่ยงต่อการมีเลือดออกอีกด้วย

การบำบัดด้วยการบีบอัดเชิงกล (mechanical compression therapy) เช่น การบีบอัดด้วยลมเป็นจังหวะ (intermittent pneumatic compression หรือ IPC) ถูกใช้ในโรงพยาบาลเพื่อเพิ่มการไหลเวียนเลือด โดยเลียนแบบการทำงานของกล้ามเนื้อในการสูบฉีดเลือด (muscle pump) ที่เกิดขึ้นระหว่างการเดิน อย่างไรก็ตาม เครื่อง IPC มีขนาดใหญ่และมีเสียงดังเกินกว่าจะใช้นอกสภาพแวดล้อมของโรงพยาบาล ด้วยเหตุนี้ การรักษาด้วย NMES ซึ่งสามารถลดขนาดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ให้เล็กลงได้ จึงเป็นทางเลือกการรักษาที่เงียบและพกพาสะดวกสำหรับใช้นอกโรงพยาบาล การรักษาด้วย NMES ที่กล้ามเนื้อน่องและกล้ามเนื้อต้นขาด้านหน้าได้แสดงให้เห็นว่าสามารถเพิ่มการไหลเวียนเลือดในหลอดเลือดดำที่ขาได้ การเพิ่ม NMES เข้ากับการรักษาด้วยยาต้านการแข็งตัวของเลือดในระหว่างการผ่าตัดเปลี่ยนข้อเข่า และในผู้ป่วยที่เข้ารับการผ่าตัดใหญ่ ช่วยลดความเสี่ยงของการเกิดลิ่มเลือดที่ขาได้ แม้ NMES เพียงอย่างเดียวจะสามารถลดความเสี่ยงของลิ่มเลือดเมื่อเทียบกับการไม่ได้รับการรักษาใด ๆ ระหว่างถูกจำกัดการเคลื่อนไหว แต่ยังไม่มีหลักฐานยืนยันว่ามีประสิทธิภาพเทียบเท่ายาต้านการแข็งตัวของเลือด จึงยังจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้ NMES เป็นการรักษาเดี่ยวเพื่อป้องกันลิ่มเลือด เนื่องจากงานวิจัยในด้านนี้ยังมีอยู่อย่างจำกัด

ตารางที่ 2: สรุปการประยุกต์ใช้ NMES ทางคลินิกตามกลุ่มผู้ป่วยและผลลัพธ์ที่พบ

ทิศทางการวิจัยในอนาคต

งานวิจัยในอนาคตควรมุ่งชี้แจงความเหมือนและความแตกต่างระหว่างผลของ NMES และการออกกำลังกายตามปกติให้ชัดเจนยิ่งขึ้น หนึ่งในประเด็นที่น่าสนใจเป็นพิเศษ คือภาระหรือผลกระทบต่อระบบหัวใจและหลอดเลือด นอกจากนี้ การออกกำลังกายยังได้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ทางระบบประสาทชีววิทยา เช่น การป้องกันความผิดปกติทางการรู้คิดอย่างภาวะสมองเสื่อม โดยปัจจัยสำคัญที่หลั่งออกมาระหว่างการออกกำลังกายและมีบทบาทปกป้องสมอง คือ Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) ที่น่าสนใจคือ NMES ก็ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถเพิ่มระดับ BDNF ได้เช่นกัน

ผลทางระบบประสาทชีววิทยาของการกระตุ้นกล้ามเนื้อมีความเป็นไปได้ว่าถูกควบคุมผ่านการหลั่งไมโอไคน์ (myokine) ซึ่งเป็นเปปไทด์ที่ทำหน้าที่ปรับกระบวนการต่าง ๆ ของเนื้อเยื่อหลายชนิด เช่น ความยืดหยุ่นของระบบประสาทในสมอง (brain neuroplasticity) การสะสมแร่ธาตุในกระดูก และการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ ที่น่าสังเกตคือ NMES ได้แสดงให้เห็นถึงการกระตุ้นการผลิตไมโอไคน์หลายชนิด ซึ่งอาจส่งผลดีต่อพยาธิสภาพของภาวะต่าง ๆ ในผู้ป่วยที่มีการเคลื่อนไหวร่างกายจำกัด งานวิจัยในอนาคตควรกำหนดรายละเอียดของข้อบ่งใช้ การตั้งค่า และความสัมพันธ์ของขนาดยา-ผลตอบสนอง (dose-response) ที่เหมาะสมที่สุดของ NMES เพื่อให้เกิดผลที่เป็นประโยชน์มากที่สุด

ข้อจำกัดของ NMES

แม้ NMES จะมีศักยภาพที่น่าสนใจ แต่ผู้ป่วยบางกลุ่มอาจเป็น “ผู้ไม่ตอบสนอง” (non-responder) ต่อการรักษาด้วย NMES โดยเฉพาะผู้ที่มีการตอบสนองของการหดตัวของกล้ามเนื้อในระดับต่ำ มีการศึกษาในผู้ป่วยวิกฤตในหน่วยอภิบาลผู้ป่วยหนัก (ICU) ที่พบว่าผู้ป่วยที่มีความรุนแรงของโรคสูงกว่ามีแนวโน้มที่จะไม่ตอบสนองต่อ NMES มากกว่า อย่างไรก็ตาม NMES ก็ได้แสดงผลในเชิงบวกในการคงและพัฒนาความแข็งแรงของแขนขาในกลุ่มผู้ป่วยที่มีอาการรุนแรงกลุ่มอื่น เช่น ผู้ป่วยโรคปอดอุดกั้นเรื้อรังที่กำเริบเฉียบพลัน ผู้ป่วยหัวใจล้มเหลวเฉียบพลัน ผู้ป่วยไตวายเรื้อรังที่ต้องฟอกเลือด และผู้ป่วยบาดเจ็บไขสันหลัง อย่างไรก็ตาม การศึกษาที่มีอยู่ยังรายงานพารามิเตอร์การกระตุ้นที่หลากหลายและแตกต่างกันมาก ดังนั้นการวิจัยแบบสุ่มที่มีกลุ่มควบคุมคุณภาพสูงในอนาคตจึงควรมุ่งเน้นการกำหนดมาตรฐานการตั้งค่า NMES ให้เหมาะสมกับข้อบ่งใช้เฉพาะแต่ละกลุ่ม

บทสรุป

โดยสรุป NMES นำเสนอการประยุกต์ใช้ที่หลากหลายและให้ผลในเชิงบวกทั้งในกลุ่มผู้สูงอายุและคนวัยหนุ่มสาว ไม่ว่าจะเป็นผู้ที่มีสุขภาพดีหรือมีภาวะสุขภาพบางอย่าง NMES สามารถทำหน้าที่เป็นตัวเสริมการมีกิจกรรมทางกาย หรือเป็นทางเลือกเมื่อการออกกำลังกายตามปกติไม่สามารถทำได้ โดยให้ประโยชน์ในลักษณะที่คล้ายคลึงกัน นอกจากนี้ NMES ยังสามารถถูกพิจารณาให้เป็นเครื่องมือที่ไม่รุกล้ำร่างกาย (non-invasive) สำหรับการตอบคำถามทางวิจัยเกี่ยวกับกล้ามเนื้อและการทำงานของกล้ามเนื้อในกลุ่มประชากรที่มีข้อจำกัดด้านสุขภาพ

แม้การประยุกต์ใช้ NMES ในปัจจุบันยังไม่สมบูรณ์แบบ แต่ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านการวางขั้วไฟฟ้าแบบอัตโนมัติและการตั้งค่าการกระตุ้นแบบเฉพาะบุคคล แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่น่าจับตามอง การพัฒนาเหล่านี้อาจช่วยเพิ่มความร่วมมือในการรักษา และทำให้เกิดความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นถึงแนวทางที่ดีที่สุดในการปรับใช้ NMES ให้เหมาะสมกับประชากรกลุ่มต่าง ๆ ในอนาคต

แหล่งอ้างอิง

Ackermann PW, Juthberg R, Flodin J. Unlocking the potential of neuromuscular electrical stimulation: achieving physical activity benefits for all abilities. Front Sports Act Living. 2024;6:1507402. doi: 10.3389/fspor.2024.1507402

บทความต้นฉบับเผยแพร่แบบเปิด (Open Access) ภายใต้สัญญาอนุญาต Creative Commons Attribution License (CC BY)