Terapeutyczne zastosowania elektryczności (elektroceutyka), mają swoje korzenie w starożytności. Na samym początku tego podejścia stymulacja była wykonywana zewnętrznie przy nieznanych parametrach. W dzisiejszych czasach stymulacja elektryczna jest wykonywana zarówno zewnętrznie, jak i wewnętrznie za pomocą wszczepionych elektrod. Pomimo faktu, że stosowanie elektryczności w medycynie jest znane od starożytności, mechanizm bezczynności między organami ludzkimi a elektrycznością (lub polem elektrycznym) jest nadal daleki od zrozumienia. Aby zrozumienie było bardziej prawdopodobne, zostaną zainicjowane specjalne badania, w które zaangażowani będą naukowcy z fizyki i inżynierii, a także naukowcy z medycyny. Obie grupy badaczy mają całkiem różne doświadczenia w dziedzinie elektromedycyny. W związku z tym omawiany problem można zaobserwować z kilku punktów widzenia i dzięki temu lepiej go zrozumieć. O ile dzisiaj zasadność zastosowania takich technik jak elektrowstrząsy EW, stymulacja nerwu błędnego VNS (vagus nerve stimulation) czy też głęboka stymulacja mózgu DBS (deep brain stimulation) potwierdzona jest badaniami klinicznymi, a niekiedy również badaniami eksperymentalnymi na zwierzętach, o tyle stosowanie dawnych technik było wynikiem niewiedzy w zakresie etiopatologii schorzeń psychiatrycznych, jak i wyrazem pewnej beznadziejności w zakresie ich terapii. Dzisiaj bowiem wiemy, iż techniki niedrgawkowe (subkonwulsyjne) nie mają skuteczności terapeutycznej, chyba że bodziec elektryczny zostanie doprowadzony w okolice metabolicznie zaburzonych struktur mózgowia (jak np. w technikach VNS czy DBS). Już w czasach neolitycznych znany był bursztyn (jantar, amber, elektrum) – będący kopalną żywicą drzew głównie iglastych, z którego wyrabiane były wisiorki pod postacią płytek lub okrągłych tarczek z ornamentami geometrycznymi, nacięciami w formie zygzaków i kropek, czasem ze stylizowanymi wyobrażeniami ludzi i zwierząt, a także w postaci zoomorficznych i antropomorficznych figurek. Prawdopodobnie służyły one prehistorycznym mieszkańcom jako amulety w magii łowieckiej. Tajemnicze i niewytłumaczalne właściwości bursztynu, a zwłaszcza siła przyciągania, musiały wywoływać lęk i zdumienie człowieka pierwotnego. Nic dziwnego, że tak niezwykłemu kamieniowi zaczęto przypisywać magiczne właściwości. (rys. 1.) 

Rys. 1. Neolityczny amulet z bursztynu ze znakiem solarnym związany z kultem słońca – ze zbiorów Muzeum Zamkowego w Malborku  

Starożytni Grecy nazywali ten kamień elektron, co oznacza świecący i błyszczący. Zarówno grecki filozof Arystoteles (384-322 r. p.n.e.), jak i Tales z Miletu (ok. 625-547 r. p.n.e.) mieli eksperymentować z bursztynem – odkrywając jego właściwości elektrostatyczne. W starożytnym Rzymie bursztyn był popularny zarówno jako materiał zdobniczy, ale także jako środek terapeutyczny. Pliniusz Starszy w swej „Historia naturalis” (ks. XXXVII) z I wieku n.e. pisał, iż bursztyn miał pomagać m.in. „przy napadach szału”. Wspomniane właściwości elektrostatyczne bursztynu polegają na tym, iż jego pocieranie prowadzi do gromadzenia się na nim ładunków elektrycznych, które ulegają rozładowaniu pod postacią iskry lub też powodują przyciąganie np. cząsteczek kurzu. Elektryczne właściwości bursztynu są jednak zbyt słabe, aby móc je wykorzystać celowo w medycynie – do stymulacji elektrycznej. Jednak bursztyn stosowany przez wieki był, a i obecnie jest wykorzystywany w ezoteryce oraz medycynie ludowej – pod postacią naszyjników, proszków czy nalewek. W przyrodzie istniało jeszcze jedno źródło naturalnej elektryczności – ryby elektryczne, które na przestrzeni stuleci próbowano wykorzystać w terapii rozmaitych schorzeń. Alexander i Selesnick w swej „Historii psychiatrii” przypisują pierwszeństwo zastosowania terapii elektrycznej Skryboniuszowi Wielkiemu (Scribonius Largo vel Largus) – nadwornemu lekarzowi cesarza Klaudiusza. Już około 46 lub 47 roku n.e. miał on stosować terapię elektryczną u pacjentów z bólami głowy i podagrą – za pomocą wyładowań uzyskiwanych po przyłożeniu ryb elektrycznych z rodzaju drętw/drętwowatych (Torpedo), które miały być wyławiane z Tybru (formalnie drętwy należą do ryb morskich i nie powinny się znajdować w rzekach śródlądowych). Jednym z pacjentów Skryboniusza Wielkiego miał być również sam cesarz Klaudiusz. W tym wypadku wykorzystywane było działanie przeciwbólowe prądu elektrycznego, które obecnie można by określić terminem elektroanalgezji. Pliniusz Starszy (23-79 r. n.e.) oraz Galen (Claudius Galen; ok. 130-200 r. n.e.) również stosowali przykładanie drętw do głowy pacjentów cierpiących na bóle głowy oraz mających problemy z nastrojem i zachowaniem. Według Krzyżowskiego, Pliniusz Starszy zalecał stosowanie ryby elektrycznej u kobiet z objawami przypominającymi współczesne zaburzenia histeryczne. Także Avicenna (980-1037 r. n.e.) i Averhoes (1126-1198 r. n.e.) wierzyli w skuteczność terapii elektrycznej przeprowadzanej za pomocą drętw umieszczanych w okolicy czoła u osób dotkniętych migreną, melancholią lub padaczką. Poglądy te panowały do szesnastego wieku. W XVI-XVII w. mieszkańcy Etiopii (Abisynii) wykorzystywali wyładowania suma elektrycznego w celu wypędzania z pacjentów diabłów (złych duchów). Również w Europie – mniej więcej do końca XIX w. – przetrwało leczenie za pomocą przykładania ryb elektrycznych – będąc sukcesywnie wypieranym przez elektryczne (elektroplaks, eplaks) – parzyste struktury umożliwiające wytwarzanie impulsów elektrycznych. Wspomniane gatunki ryb posiadają specjalne narządy. Zbudowane są one z płytek-komórek nazywanych elektrocytami, które są ułożone w szeregi na zasadzie baterii ogniw galwanicznych i oddzielone galaretowatą tkanką. Pojedyncza komórka generuje prąd o napięciu rzędu dziesiątych części wolta (u węgorza elektrycznego – ok. 0,15 V). U drętwokształtnych (drętwy) narządy elektryczne są umiejscowione pomiędzy głową, a płetwami piersiowymi. U strętwokształtnych (strętwy) – po obydwu stronach brzusznej części ciała. Ciało strętwokształtnych jest w 80% zajęte przez narządy elektryczne. Narządy elektryczne generujące prądy niskonapięciowe (np. organ Sachsa) są wykorzystywane do elektrolokacji, a u niektórych gatunków również do komunikowania się. Z kolei struktury nazywane organem głównym oraz narządem Huntera, które generują prąd o wysokim napięciu – służą do obezwładniania ofiary lub napastnika (rys. 2.). Jeden szereg może zawierać kilka tysięcy (np. 4000 u węgorza elektrycznego) elektrocytów, których napięcie jest sumowane. Dzięki temu drętwy mogą wytwarzać impulsy elektryczne o napięciu między 45V a 230 V; napięcie generowane przez sumy elektryczne sięga 350 V, z kolei największe osobniki węgorza elektrycznego są zdolne do wytworzenia prądu o napięciu 600-1000 V. Natężenie generowanych prądów sięgać ma nawet do 50 A.

Rys. 2. Węgorz elektryczny – schematyczne rozmieszczenie narządów elektrycznych oraz orientacyjna budowa narządu elektrycznego jako szeregowo połączonych komórek elektrocytów.

Według niektórych autorów napięcia generowane przez ryby elektryczne mają być dużo mniejsze i nie przekraczać 50 V. Badania neurofizjologiczne wykazują, iż impulsy elektryczne mogą być generowane z częstotliwością 20-300 Hz w krótkich zespołach; czas trwania pojedynczego wyładowania trwa od 2 do 5 ms, a całkowity czas stymulacji może wynosić do kilku sekund (rys. 3.).

Rys. 3. Elektryczna aktywność narządu elektrycznego drętwy.

Porównanie powyższych danych dotyczących wyładowania narządu elektrycznego ryb (EOD = electric organ discharge) z parametrami prądów stosowanych w technice elektrowstrząsów wskazuje, iż przyłożenie ryby elektrycznej z wymienionych wcześniej gatunków do głowy pacjenta mogło w rzeczywistości wywołać u niego napad drgawkowy (dla niższych napięć bardziej prawdopodobne jest wywołanie napadu typu częściowego lub małego, „absence”). Objaw „drętwienia” mięśni związany z bezpośrednim drażnieniem płytek nerwowo-mięśniowych może być trudny do odróżnienia od fazy tonicznej wyładowania elektrycznego w obrębie sieci neuronalnej mózgu. Stosunkowo duże parametry prądowe mogły wywoływać niekorzystne objawy uszkodzenia termicznego w okolicy przyłożenia ryby elektrycznej do ciała pacjenta (np. objawy poparzenia). Skądinąd ciekawe jest, w jaki sposób przykładano rybę pacjentowi w trakcie terapii?  

Okres nowożytny 

Rozwój metod wykorzystujących sztuczną elektryczność swój początek datuje na rok 1660 (lub 1672) r., kiedy to Otto von Guericke opracował pierwszy generator elektrostatyczny (rys. 4.). W skład urządzenia wchodziła kula siarki z żelazną osią, która mogła być montowana w drewnianym stelażu. Kiedy kula była obracana – w wyniku tarcia elektryzowała się emitując zarówno dźwięk, jak i światło.

Rys. 4. Generator elektrostatyczny niemieckiego badacza Otto von Guericke [http://www.hpgramatke.net/history/english/page4000.htm#top_of_page].

Druga maszyna elektrostatyczna została wymyślona w 1704 r. przez Francisa Hauksbee Starszego. Była to szklana kula, która mogła być obracana za pomocą specjalnego kołowrotka. W trakcie wykonywania obrotów kula elektryzowała się – produkując w sposób ciągły elektryczność. W sytuacji, gdy z kuli wypompowane było powietrze – w trakcie ruchów emitowała błyszczące światło – co na wiele lat wyprzedzało takie odkrycia naukowe jak: promienie katodowe, promienie X i elektron. Praktyczny i szeroko rozpowszechniony generator elektrostatyczny został opracowany przez Anglika Jesse Ramsdena w 1768. Przez ponad sto lat maszyny elektryczne o podobnej budowie stosowane były przez wędrownych znachorów do leczenia rozmaitych schorzeń – w tym również zaburzeń natury psychicznej. Różne urządzenia tego rodzaju można przykładowo zobaczyć na witrynie internetowej Muzeum Medycznych i Znachorskich Urządzeń do Elektroterapii [Museum of Medical and ‘Quack’ Medical Electrotherapy Instruments; http://www.chss.montclair.edu/~pererat/mquack.html], które utworzono przy Stanowym Uniwersytecie Montclair w New Jersey. Produkowaną energię elektryczną nauczono się gromadzić z chwilą zaprojektowania i skonstruowania przez Jürgena Ewalda von Kleista w 1745 r. butelki lejdejskiej – odpowiednika dzisiejszego kondensatora. Duża część konstruowanych aparatów służyła jednak stymulacji mięśni lub nerwów, a nie głowy. Najsławniejsze eksperymenty w zakresie pobudzania struktur nerwowo-mięśniowych za pomocą elektryczności rozpoczęły się w styczniu 1781 r. i były przeprowadzane przez Luigi Galvaniego – profesora anatomii na Uniwersytecie Bolonii. Wypreparowana żaba znajdowała się na tym samym stole, na którym stała maszyna elektrostatyczna. Asystent Galvaniego posługując się skalpelem dotknął nerwu udowego, zamknął obwód i ładunek elektryczny zgromadzony w maszynie przepłynął pod postacią wyładowania iskrowego na preparat biologiczny – powodując skurcz mięśni. Galvani kontynuował studia nad pobudzaniem wypreparowanej nogi żaby z pomocą elektryczności atmosferycznej. Łączył przewodnik elektryczny przeciągnięty między przeciwnymi stronami budynku (prekursor piorunochronu) a preparatem kończyny – obserwując skurcz mięśni w chwili uderzenia błyskawicy. We wrześniu 1786 r. Galvani kontynuował badania przy spokojnej pogodzie. Preparaty żab zawieszał w ogrodzie na stalowej lince za pomocą mosiężnych haczyków umieszczonych w okolicy rdzenia kręgowego. W chwili dotykania hakiem do linki dochodziło do skurczu mięśnia. Skurcze występowały również, gdy mosiężny haczyk był dotykany do stalowej płyty. Dalsze badania Galvaniego wykazały, iż do skurczów dochodziło również, gdy preparat był dotykany bimetalicznym łukiem złożonym z miedzi i cynku. Zjawisko to Galvani błędnie interpretował tym, że bimetaliczny łuk rozładowywał istniejącą w organizmie „elektryczność zwierzęcą”. Ostatni z eksperymentów bywa często przytaczany na dowód istnienia zjawiska bioelektryczności (rys.5). Według niektórych autorów podobne badania jak opisany powyżej eksperyment wykonywał już w 1664 r. Jan Swammerdam.

Rys. 5. Eksperymenty Luigi Galvaniego nad pobudzaniem preparatu nerwowo-mięśniowego kończyny żaby za pomocą elektryczności [http://www.bo.infn.it/galvani/cultura-estero/latinamerica/pannelli/a4.html].

Również Giovanni (Joannis) Aldini – siostrzeniec Galvaniego miał około 1804 r. używać w celach terapeutycznych stosu Volty. Elektrodami były naczynia z wodą, w których pacjenci umieszczali swoje ręce. Aldini stosował tę metodę również w badań nad wskrzeszaniem zmarłych. Według Walsha i Pascual-Leone – Aldini miał przeprowadzać swoje badania na osobach skazanych na śmierć przez dekapitację. (rys. 6.)

Rys. 6. Miedzioryt Giovanniego Aldiniego z 1804 r. demonstrujący eksperymenty polegające na stymulacji elektrycznej zwłok ludzkich

Za pomocą stymulacji elektrycznej Aldiniemu udało się wyzwalać ruchy żucia, grymasy oraz otwieranie oczu dekapitowanych głów. Być może to Aldini był pierwowzorem Wiktora Frankensteina – bohatera powieści Mary Wollstonecraft Shelley z 1818 r. („Frankenstein, czyli nowy Prometeusz”), który stworzone przez siebie monstrum ożywił używając wyładowania elektrycznego (według innych źródeł Maria Shelley stworzyła postać Frankensteina wzorując się na żyjącym w latach 1673-1734 Johannie Konradzie Dipplu – niemieckim teologu, alchemiku i lekarzu). Przytoczona powieść oddawała ducha XIX-wiecznej Europy zafascynowanej badaniami przyrodniczymi i elektrycznością. W 1804 r. Aldini opisał dwa przypadki wyleczenia melancholii u chorych, u których przepuszczał przez głowę prąd galwaniczny. Stosowane w tym okresie metody stymulacji elektrycznej nie charakteryzowały się parametrami pozwalającymi na efektywne wyzwolenie napadu drgawkowego (rys. 7.).

Rys. 7. Stymulacja głowy prądem stałym za pomocą stosu Volty (galwanizacja) – piąta rycina z „Eseju teoretycznego i eksperymentalnego na temat galwanizmu” Aldiniego.

 W 1745 (lub 1755) r. francuski lekarz Jean (lub Charles) Le Roy leczył swoich pacjentów z problemami psychosomatycznymi za pomocą elektryczności statycznej. Krzyżowski przedstawił opis jednej terapii doktora Le Roya: pacjent miał cierpieć na zaburzenia w rodzaju histerycznej (psychogennej) ślepoty. W trakcie pierwszego zabiegu chory miał zacząć widzieć światło, a po dwóch kolejnych zabiegach – w których zastosowano jeszcze silniejsze parametry prądowe – zaczął normalnie widzieć. Walsh i Pascual-Leone poinformowali natomiast, iż poddany stymulacji elektrycznej został niewidomy pacjent. Ponoć udało się u niego wywołać wrażenia wzrokowe typu fosfenów, ale sam pacjent pozostał w dalszym ciągu niewidomy (rysunek 8.). Według Alexandra i Selesnicka w trakcie swoich badań Le Roy mógł uzyskać u swoich pacjentów napady drgawkowe, a tym samym byłby on pierwszym badaczem, któremu udało się zastosować leczenie elektrowstrząsowe.

Rys. 8. Stymulacja elektryczna oczu (Q) i głowy (P) przeprowadzona w 1755 r. przez Charlesa Le Roya.

Elektrody były podłączone do butelki lejdejskiej (w tym zakresie źródła podają zmienne informacje: wg Alexandra i Selsnika źródłem prądu mógł być stos Wolty). Elektrostymulację pacjentów „nerwowych, hipochondrycznych i histerycznych” miał stosować od 1751 r. również dr Robert Whytt w Londynie. Również John Wesley – założyciel kościoła metodystów – zajmował się terapią elektrostymulacyjną. W gazecie codziennej z 1756 r. napisał: „Po skonstruowaniu na zamówienie aparatu – uprosiłem kilka osób chorujących na różne schorzenia, aby zgodzili się poddać elektryzowaniu. Część schorzeń ustąpiło natychmiast, niektóre z nich dopiero stopniowo. Do dnia dzisiejszego już kilkaset, a jednego mężczyzny czy kobiety lub dziecka, którzy doznaliby jakiejś szkody w wyniku terapii; tak więc – kiedy słyszę jakąś rozmowę o niebezpieczeństwie elektryzowania (zwłaszcza gdy takie sądy wyrażają lekarze), nie mogę przyjąć tego rodzaju wypowiedzi za sensowne i uczciwe”. W celu rozpropagowania terapii elektrycznej Wesley Opublikował w 1760 r. dezyderat, w którym stwierdził, iż elektryczność jest najtańszą, najbezpieczniejszą i najbardziej efektywną metodą leczenia wszelkiego rodzaju zaburzeń psychicznych. W 1779 r. Desbois de Rochefort zalecał stosowanie prądu elektrycznego w terapii różnych schorzeń nerwowych – opisując wyleczenie mężczyzny znajdującego się uprzednio w stanie głębokiej żałoby. Działający w Londynie chirurg John Birch doniósł w 1787 (lub 1792) r. o przeprowadzeniu terapii elektrycznej u jednego z pacjentów – portiera magazynów w Indiach, który już od prawie roku cierpiał na melancholię po śmierci jednego z jego dzieci: „Przykryłem jego głowę flanelą i rozprowadzałem naładowane iskry po całej powierzchni czaszki; on wydawał się to odczuwać jako nieprzyjemne wrażenie, ale nie poskarżył się na nic. Na drugiej wizycie – nie stwierdzając żadnych niewygód wynikających z zastosowanej terapii, podałem sześć małych szoków rozchodzących się przez mózg w różnych kierunkach. Jak tylko [chory] przeszedł do sąsiedniego pokoju i zobaczył żonę – zaczął z nią rozmawiać i cały wieczór był już radosny; poinformował, iż chciałby wkrótce powrócić do pracy. Podobne szoki powtórzyłem w trzecim i czwartym dniu, po którym powrócił on do pracy. Chciałem widzieć go w każdą niedzielę, kiedy to wykonywałem zabiegi przez trzy miesiące i [pacjent] pozostawał w dobrym stanie”. Poprawa stanu psychicznego miała utrzymywać się przez siedem kolejnych lat: pacjent pracował zawodowo i dobrze funkcjonował. Żyjący w XVIII stuleciu Michael Schüppach – znakomity lekarz pochodzący ze szwajcarskiej doliny Emmental użył prądu elektrycznego u jednej rolniczki/chłopki, która była jakoby opętana przez ośmiu diabłów. Również Grapengiesser z powodzeniem w terapii zaburzeń psychicznych wykorzystywał prąd galwaniczny (rys. 9).

Rys. 9. Terapia galwaniczna zaburzeń psychicznych z początku XIX w.

Około 1802 r. dr Bischoff twierdził, że był w stanie leczyć histeryczny paraliż i odrętwienie za pomocą stymulacji prądem stałym. Prąd galwaniczny do stymulacji głowy człowieka i zwierząt – w okolicy przedcentralnej – stosował ok. 1809 r. Włoch Rolando – jednak bez uzyskania reakcji ruchowej. W Anglii, Allbutt Clifford stosował ok. 1872 r. prąd elektryczny w leczeniu manii, demencji i melancholii. O leczeniu melancholii podobną metodą- poinformował w 1818 r. Heinroth z Lipska. Francuski lekarz Guillaume Duchenne z Bolonii – około 1849 r. – stosował w terapii histerycznego paraliżu metody stymulacji zarówno galwanicznej, jak i indukcyjnej.

Rys. 10. a) Dr Duchenne pokazuje skurcz mięśnia twarzowego pod wpływem stymulacji elektrycznej „fałszywy uśmiech” u osoby stymulowanej.

W 1855 r. Duchenne w publikacji „L’électrisation localisée” opisał technikę stymulacji mięśni za pomocą dwóch elektrod – bez uszkadzania skóry. W trzecim wydaniu swej monografii z 1872 r. Duchenne przedstawił możliwość przeprowadzenia skurczu mięśni mimicznych (tu: mięśnia twarzowego) w celu wyzwolenia reakcji mimicznej (rys. 10). Duchenne rozróżniał przy tym uśmiech „prawdziwy” – wywołany przez stymulację mózgu lub elementów układu nerwowego, oraz uśmiech „rzekomy”, który był wyzwalany stymulacją mięśni.  W minionych wiekach elektryczność stosowana była zarówno w terapii (którą zwykle nie poprzedzały żadne badania kliniczne nad oceną rzeczywistej skuteczności), jak również dla rozrywki. W tym drugim „wskazaniu” – w XVIII i XIX w. na jarmarkach prezentowano pewną popularną wówczas zabawę o tym jak młoda para przyrzeka sobie wierność. Zabawa o nazwie „elektryczny pocałunek” były rozrywką plebsu i salonów. Dziewczyna stawała na izolowanej platformie – trzymając w ręku przewód podłączony do maszyny elektrycznej; z kolei jej chłopak stał na ziemi. Kiedy uczestnicy spektaklu nachylali się ku sobie – wówczas wyładowanie iskrowe przeskakiwało między zbliżającymi się do pocałunku ustami (rys. 11).

Rys. 11. „Elektryczny pocałunek” dostarczał bardzo specjalnego dreszczu emocji [http://www.hpgramatke.net/history/english/page4000.htm#top_of_page].

Jedno z najwcześniejszych stwierdzeń dotyczące terapeutycznego użycia elektryczności zostało wypowiedziane w 1743 przez Johanna Gottloba Krügera z Uniwersytetu w Halle. Podał on: „wszystkie rzeczy muszą mieć określoną przydatność; to jest pewne. Również elektryczność musi mieć jakąś przydatność. Skoro zobaczyliśmy, iż nie można jej wykorzystać w teologii lub też w zakresie prawa, to oznacza, iż obszarem jej zastosowania musi być medycyna”. W dostępnym piśmiennictwie można znaleźć rozliczne przykłady terapeutycznego zastosowania stymulacji elektrycznej – głównie w zakresie schorzeń psychicznych. Prądy indukcyjne wykorzystywane były także w owym okresie przez wędrownych lekarzy-znachorów do leczenia bólów głowy i wszelkiego rodzaju schorzeń psychicznych (rys. 12). Również Zygmunt Freud – ojciec psychoanalizy– miał w latach 1893-1895 r. eksperymentować z terapią elektryczną: „Zaproponowaliśmy [dla kobiety z rozpoznaniem histerii i zaburzeń mięśniowych] kontynuację systematycznego ugniatania i faradyzacji wrażliwych mięśni, bez względu na wynikający z nich ból; sam zarezerwowałem dla siebie leczenie jej nóg za pomocą prądu o wysokim napięciu. W ten sposób uzyskaliśmy niewielką poprawę. [Pacjentka] szczególnie upodobała sobie bolesne szoki produkowane przez aparat wysokiego napięcia i im były one silniejsze, tym bardziej wydawały się spychać jej własne bóle na dalszy plan. …”.  Mimo, iż wiele ówczesnych lekarzy zainteresowanych było terapeutycznym wykorzystaniem elektrostymulacji (rysunki 13 i 14) – Freud zarzucił dalsze badania nad tą techniką. Trzydzieści lat później krytycznie odniósł się do terapii elektrycznej: „Moja znajomość elektroterapii wywodziła się z podręcznika Wilhelma Erba, który dostarczył szczegółowych instrukcji do leczenia wszelkich objawów chorób nerwowych. Niestety, wkrótce doświadczyłem, że stosowanie się do podanych instrukcji nie jest w stanie nikomu pomóc, i że to co brałem za poprawę stanu zdrowia było zaledwie konstrukcją fantazji… Sukcesy terapii elektrycznej schorzeń nerwowych (jeżeli takie w ogóle były) były zasadniczo wynikiem sugestii ze strony lekarza”.

 Rys. 12. Wędrowny znachor leczący pacjenta za pomocą cylindrycznej maszyny elektrostatycznej – obraz Davida Henry’ego Fristona, malowany w latach 1853 – 1869, znajdujący się obecnie w londyńskim Museum Geffrye. ( http://www.myartprints.co.uk/a/friston-david-henry/the-cure-for-aheadache.html]

Rys. 13. Aparat do terapii elektrycznej [http://www.cerebromente.org.br/n04/historia/shock_i.html]; ciekawym jest kształt i rozmieszczenie elektrod: jedna obejmuje całą głowę, druga umieszczana była w okolicy brzucha – wymuszając tym samym przepływ prądu przez głębsze okolic głowy.

Według Krzyżowskiego również Polak Józef Babiński na początku XX w. próbował stosować – choć bez większego efektu – stymulacje w leczeniu depresji.

Rys. 14. Kolejne rozwiązanie techniczne – aparat do elektrostymulacji głowy

Niedrgawkowymi okazały się również stymulacje prądem indukcyjnym o częstotliwości 60-100 Hz stosowane około 1917 r. przez dr Lonarda Yeallandsa z Londynu. Bez większego powodzenia próbował on poddawać terapii elektrycznej ludzi cierpiących na zaburzenia typu nerwicy wojennej – odpowiadające obecnie rozpoznaniu stresu pourazowego. Przebieg prądu w stymulacji prądem zmiennym był oczywiście „lepszy” niż w przypadku stymulacji galwanicznej (do stymulacji elektrycznej komórek nerwowych lepiej nadaje się prąd zmienny niż stały), a nieefektywność w zakresie wyzwolenia napadu drgawkowego wynikała ze zbyt niskiej amplitudy stosowanych wówczas impulsów elektrycznych.

Badania nad zastosowaniem stymulacji elektrycznej w medycynie prowadzone były w Anglii oraz Stanach Zjednoczonych. W drugiej połowie XIX w. ukazało się też kilka interesujących monografii niemieckojęzycznych, w których autorzy dyskutowali o różnicach między stymulacją prądem stałym, a stymulacją prądem zmiennym.  W 1857 r. Baierlacher opisał wpływ prądów galwanicznych na nerwy i mięśnie. (rys. 15)

Rys. 15. Aparat indukcyjny do stosowania w terapii [http://www.medienaesthetik.de/medien/wahn.html].

W kilku pracach Benedikt opisał ówcześnie neuropatologią. W związku z szerokim identyfikowane problemy związane z elektroterapią i zastosowaniem rozmaitych postaci stymulacji elektrycznej wiek XIX zwany był „złotą erą medycznej elektryczności”. Szczególne ważną rolę w badaniach nad Elektrostymulacją mózgu odegrali Niemcy – Gustav Theodor Fritsch i Julius Eduard Hitzig. Przeprowadzali badania polegające na stymulacji elektrycznej mózgu u psów. Drażnienie określonych okolic kory mózgowej prowadziło do mimowolnych skurczów różnych grup mięśni. Podobne obserwacje poczynił również Hitzig – będąc lekarzem w pruskiej armii – na żołnierzach posiadających otwarte zranienia czaszki. Efekty ruchowe u człowieka można było osiągnąć przez drażnienie prądem elektrycznym odsłoniętych okolic mózgu. W trakcie badań na zwierzętach Fritschowi i Hitzigowi udało się doprowadzić do wywołania napadu drgawkowego (było to możliwe najpewniej w związku z możliwością bezpośredniego pobudzenia tkanki nerwowej mózgu znaczniej słabszym prądem niż jest to konieczne w przypadku stymulacji elektrodami umieszczonymi na powierzchni głowy). W 1875 r. wyniki badań Fritscha i Hitziga powtórzył niezależnie Ferrier, który przeprowadzał badania na małpach i stosował stymulację galwaniczną oraz indukcyjną (30-40 Hz). Schott podał, iż to von Battelliemu z Genui jako pierwszemu udało się wyzwolić napad drgawkowy u zwierząt przez nieodsłoniętą pokrywę czaszki. Stymulacja za pomocą elektrod przykładanych w okolicy pyska i karku była bezpieczna dla zwierząt. Louise Robinovitch w swej monografii z 1906 r. wiązała stymulację elektryczną głowy – za pomocą periodycznych impulsów prądu stałego – zarówno z możliwością wywołania snu (sen elektryczny – sommeil électrique), jak i napadu padaczkowego (epilepsie électrique). W trzytomowym podręczniku wydawanym w latach 1909-1924 Boruttau i Mann przedstawili wszechstronnie rozmaite aspekty zastosowania elektryczności w medycynie – podnosząc możliwość wywołania napadu padaczkowego w wyniku użycia odpowiedniego prądu elektrycznego. Mimo rozlicznych wcześniejszych prób leczenia zaburzeń psychicznych za pomocą rozmaitych form stymulacji elektrycznej (nazywanych wówczas terapiami fizykalnymi) – to dopiero włoscy lekarz Ugo Cerletti i Lucio i wprowadzili do praktyki klinicznej Nowoczesną metodę terapii elektrostymulacyjnej – zwanej terapią elektrowstrząsową EW. Rok 1938, a dokładnie dzień 15.04.1938 r. – to data, kiedy wymienieni powyżej badacze przeprowadzili pierwszy zabieg elektrowstrząsowy u chorego psychicznie z objawami schizofrenii. Pomysłem Cerlettiego i Bini było wykorzystanie nie tyle samej stymulacji elektrycznej, co elektrycznie wywołanych napadów. Mimo, iż sam pomysł nie był nowatorski to dopiero włoskim badaczom udało się skonstruować urządzenia, które były w stanie generować prąd o parametrach pozwalających uzyskiwać pobudzenie mózgu człowieka prowadzące do wyzwolenia czynności napadowej.  

Współczesne zastosowania PEM w medycynie

W ostatnich 30 latach tworzona była metoda alternatywna do elektrowstrząsów w leczeniu depresji, a mianowicie przezczaszkowa stymulacja mózgu. Na rysunku 16 pokazano sposób przeprowadzenia tej metody terapeutycznej. Najogólniej polega ona na wywołaniu w mózgu pacjenta prądów wirowych, mających wywołać ten sam efekt terapeutyczny co prąd płynący przez mózg na skutek przyłożonych do głowy elektrod. Idea terapii przedstawiona jest na rys. 17 jest przezczaszkowa stymulacja magnetyczna mózgu w terapii antydepresyjnej (rys. 16).

Rys.16 Użycie magnetycznej stymulacji przezczaszkowej

Rys. 17 Schemat ideowy przezczaszkowej stymulacji mózgu

Kolejnym przykładem zastosowania stymulacji elektromagnetycznej jest terapia niewydolności dna miednicy, powstrzymująca inkontynencję urynalną (nietrzymanie moczu). Elektroterapia prowadzona jest, w wyspecjalizowanych ośrodkach, za pomocą odpowiednich urządzeń z zastosowaniem odpowiednio skonstruowanych elektrod. Obecnie większość to aparaty wielofunkcyjne, przenośne lub mini aparaty do terapii indywidualnej, wyposażone w różne rodzaje elektrod powierzchniowych a także elektrody wewnętrzne. Można je stosować w terapii mięśni zdrowych, uszkodzonych, przeciwbólowej, dla poprawy ukrwienia tkanek czy stymulacji układu autonomicznego.

Optymalne natężenie prądu podczas zabiegu dobierane jest indywidualnie i zazwyczaj wynosi powyżej 25 mA. Zalecane, jest aby do zabiegu ustawić parametry trzykrotnie wyżej niż wynoszą podczas pojawienia się uczucia mrowienia. Podczas terapii występuje zjawisko przyzwyczajenia. Po kilku tygodniach terapii należy zwiększyć natężenie impulsów. Pozostałe parametry (częstotliwość, szerokość impulsu) są zmienne w zależności od potrzeby uzyskania konkretnego efektu. W terapii przeciwbólowej TENS to optymalnie ok 90 Hz i 50-250 μs, a w stymulacji nerwowo-mięśniowej i treningu 30-70 Hz oraz 100-350 μs. Terapia prowadzona jest 20 minut dziennie, codziennie, w domu pacjentki/a, za pomocą specjalnych sond aplikowanych dopochwowo (Rys. 18).

Rys.18. Aparat do terapii indywidualnej
z aplikatorami dopochwowymi

Alternatywną metodą leczenia niewydolności dna miednicy jest stymulacja tej części ciała silnym polem magnetycznym. W tym celu wykorzystuje się znane na rynku rehabilitacyjnym urządzenie SALUS Talent (Rys. 19). Przeznaczeniem tego urządzenia była stymulacja kończyn i górnych części ciała. Stymulacja dna miednicy jest swoistą innowacją, polegająca na użyciu znanego urządzenia w nowym obszarze terapeutycznym. W tym przypadku działanie urządzenia powoduje depolaryzację nerwów i przez to skurcz mięśni dna miednicy. Jest to możliwe poprzez użycie silnego pola magnetycznego o indukcji zbliżonej do 2 T.

Rys.19 Urządzenie Salus Talent z przeznaczeniem
do leczenia inkontynencji urynalnej

W ostatnich kilku latach rozwijana jest  metoda leczenia zaburzeń neurologicznych z pomocą stymulacji  elektrycznej opuszków palców. Na rysunku 20 przedstawiona jest wewnętrzna strona rękawiczki, gdzie pokazane są elektrody służące do elektrycznej stymulacji opuszków palców. Terapia oparta jest na udokumentowanym naukowo fakcie wywołania zmian w komórkach neuronowych poprzez stymulację opuszków palców.

Rys. 20 Rękawiczka do stymulacji – strona wewnętrzna z elektrodami

Podsumowanie

Przedstawiona historia metod elektroceutycznych w medycynie pokazuje, że metody te są jednymi z najdłużej stosowanych technik terapeutycznych. Stymulacja różnych organów ciała ludzkiego za pomocą prądu elektrycznego, pola magnetycznego, pola elektrycznego czy pola elektromagnetycznego jest jedną z najskuteczniejszych metod leczenia i w wielu przypadkach zastępuje inne metody, takie jak farmaceutyczne czy chirurgiczne, Ważny elementem współczesnego rozwoju tych metod jest współpraca między światem techniki i światem medycyny. Polskie Towarzystwo Zastosowań Elektromagnetyzmu jest jedną z instytucji, tworzącą możliwości takiego współdziałania.

W opracowaniu artykułu wykorzystano następujące źródła:

Zyss T. (przy współpracy Hese R.T.), Inne biologiczne metody leczenia w psychiatrii. W: Jarema M., Rabe-Jabłońska J. (red.) Psychiatria. Podręcznik dla studentów medycyny. Wydawnictwo Lekarskie PZWL. Warszawa, (2011), 559-576. Zyss T., Krawczyk A., Porównanie technik stymulacji elektrycznej i magnetycznej stosowanych w terapii depresji. Przegląd Elektrotechniczny, 86 (2010), nr 9, 309-314.

Zyss T., Elektrowstrząsy: wprowadzenie do bioelektrycznej natury zaburzeń depresyjnych. Wydawnictwo Medyczne. Kraków (2009).

Zyss T., Zięba A., Dudek D. (red.), Najnowsze techniki neuromodulacyjne w terapii zaburzeńdepresyjnych. Biblioteka Psychiatrii Polskiej. Kraków (2009).

Krzyżowski J. Leczenie elektrowstrząsami. LogoScript. Warszawa (1991).

Alexander F.G., Selesnick S.T., History of psychiatry. Allen and Unwin. London, (1956), 282.

Janiszewski L., Fizjologia ruchu. Narządy elektryczne ryb w Gill J. (red.), Zarys fizjologii porównawczej zwierząt. PWN. Warszawa, (1987), 310-312.

Ingalls M., The electric eel. (electrophorus electricus). (2002); http://helium.vancouver.wsu.edu/~ingalls/eels/index.html

Mottelay P.F., Bibliographical history of electricity and magnetism. Charles Griffin. New York, (1975).

Geddes L.A., The first stimulators. IEEE Engineering in Biology and Medicine, (1994), 532-542.

Geddes L.A., Stimulators: historical and technical aspects. W: Fish R.M., Geddes L.A. (red.), Medical and bioengineering aspects of electrical injuries. Lawyers & Judges Publishing Company, Inc. Tucson, (2003)

Rowbottom M., Susskind C., Electricity and medicine. History of their interaction. San Francisco Press. San Francisco, (1984).

Higgins E.S., George M.S. (red.), Brain stimulation therapies for clinicians. American Psychiatric Press Publishing, Inc. Washington, London, (2009).

Beveridge A.W., Renvoizet E.B., Electricity: a history of its use in the treatment of mental illness in Britain during the second half of the 19th century. British Journal of Psychiatry, 153(1988), 157-162.

George M.S., Reanimating the face: early writtings by Duchenne and Darwin on the neurology of facial emotion expression. J. Hist. Neurosci., 3 (1994), 31-33.

Althaus J., Medical electricity. Theoretical and practical: and its use in the treatment of paralysis, neuralgia and other diseases. Lindsay and Blakiston. Philadelphia, (1860).

Shorter E., History of electroconvulsive therapy. W: Swartz C.M. (red.): Electroconvulsive and neuromodulation therapies. Cambridge University Press. New York (2009), 167-179.

Zyss T., Krawczyk A., Hese R.T., Gorczyca P., Zięba A., Dudek D., Sobiś J., Historia zastosowania stymulacji elektrycznej w psychiatrii, Przegląd Elektrotechniczny, 88 (2012), No. 6, 264-271

Korzeniewska E., Mróz J., Wiśniewska S., Krawczyk A., E-Textile Technology in Electroceutical Devices for Tip Stimulation Therapy, 2019 19th International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering (ISEF), Nancy, France, 2019, pp. 1-2, doi: 10.1109/ISEF45929.2019.9097042. Mróz J., Wyszyńska E., Krawczyk A., Korzeniewska E., Wykorzystanie terapii elektroceutycznej w leczeniu niewydolności dna miednicy, Przegląd Elektrotechniczny, 96 (2020), No.4, 78-81