การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก (Transcranial Magnetic Stimulation)

  • โดย รศ.พญ.ภารดี เอื้อวิชญาแพทย์
  • 10 ธันวาคม 2561
  • Tweet
สารบัญ บทความที่เกี่ยวข้อง

การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกคืออะไร?

การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก(Transcranial Magnetic Stimulation ย่อว่า TMS)เป็นนวตกรรมที่ทำให้ทราบพยาธิสรีรวิทยาของความผิดปกติทางระบบประสาทและทางจิตเวช ซึ่งถูกพัฒนาไปสู่ การวินิจฉัยทางคลินิก การตรวจเพื่อการพยากรณ์โรค (Prognostic test) และนำไปใช้ในการรักษาโรคหลายชนิด การค้นพบศักยภาพของเครื่องมือนี้ได้ข้อมูลมาจากหลายการศึกษา แต่อย่างไรก็ดียังมีความต้องการการศึกษาเกี่ยวกับการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกมากกว่านี้ เพื่อที่จะกำหนดบทบาทของการใช้ประโยชน์ในทางคลินิกได้ดียิ่งขึ้น

เครื่องกระตุ้นประสาทด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกเป็นอย่างไร?

การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก

เครื่องกระตุ้นประสาทด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยอุปกรณ์สำคัญ 2 ส่วน คือ

  • ส่วนแรก เป็นส่วนสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า(High current pulse generator) และ
  • ส่วนที่สอง คือ ขดลวด (Coil) ที่จะเป็นตัวนำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าสู่จุดกระตุ้น

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถทะลุผ่านเนื้อเยื่อและกระดูกได้อย่างอิสระ แต่เมื่อผ่านเนื้อเยื่อประสาท สนามแม่เหล็กจะเหนี่ยวนำเนื้อเยื่อประสาทให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในเนื้อเยื่อประสาทอีกครั้ง

ความแรงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะลดลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้น กล่าวคือ ที่ตำแหน่งของขดลวด มีความแรงของสนามแม่เหล็กประมาณ 2 tesla และความแรงนี้จะลดลงเหลือ 0.5 tesla ที่บริเวณสมองส่วนผิว/สมองใหญ่ส่วนนอก(Cerebral cortex) เครื่องมือที่พัฒนาขึ้นในปัจจุบันสามารถสร้างสนามแม่เหล็กกระตุ้นซ้ำๆ ที่ความถี่ถึง 100 เฮิรตซ์ และมีช่วงห่างระหว่างการกระตุ้นเพียง 1 ส่วนสิบวินาที (msec)

การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกรักษาโรคทางระบบประสาทได้อย่างไร?

การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกที่ใช้รักษาโรค เป็นการให้คลื่นกระตุ้นซ้ำๆ และทำให้เกิดผลที่นานกว่าการกระตุ้นครั้งเดียวหรือสองครั้ง โดยการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก จะสามารถเพิ่มหรือลดการทำงานของสมองส่วนสำคัญ ได้แก่ สมองส่วน Corticospinal หรือ Corticocortical pathway(สมองส่วนควบคุมการทำงานของไขสันหลัง)ก็ได้ ขึ้นกับความแรงของการกระตุ้น การวางขดลวดกระตุ้น และความถี่ของการกระตุ้น โดยกลไกที่ยังไม่ทราบแน่ชัดนัก แต่เชื่อกันว่าทำให้มีการเปลี่ยนแปลงผลของจุดประสานประสาทต่อระบบประสาทระยะยาว(Long term potentiation: LTD) โดยยิ่งความแรงและความถี่ยิ่งสูง ยิ่งมีผลต่อสมองมาก

การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกมีชนิดใดบ้าง?

การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกมี 2 ชนิด คือ

1. ชนิดความถี่ต่ำ หมายถึง ความถี่ตั้งแต่ 1 เฮิรตซ์ลงไป มีผล’กด’การกระตุ้นการทำงานของสมอง (Suppress excitability)

2. การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่สูง หมายถึง ความถี่เกิน 1 เฮิรตซ์ขึ้นไป จะมีผล’กระตุ้น’การทำงานของสมอง(Cortical excitability)

ทั้งนี้ ผลการกระตุ้นนี้มีความแตกต่างกันไประหว่างบุคคล การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่ต่ำผลมักจะอยู่นานกว่า

มีหลายการศึกษาในมนุษย์ที่ใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก ร่วมกับการตรวจแม่เหล็กไฟฟ้าสมองและการตรวจการทำงานของสมองอย่างละเอียด (Functional neuroimaging : MRI and PET-scan) ซึ่งสามารถตรวจสอบได้ว่า ผลของการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่ต่ำจะลดเลือดไปเลี้ยงสมองและเมแทบอลิซึม(Metabolism)ของสมอง และการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่สูงไปเพิ่มเลือดไปเลี้ยงสมอง (Cerebral blood flow) และเมแทบอลิซึมของสมอง

การออกฤทธิ์ของการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกนั้นผ่านกลไกใด?

กลไกการออกฤทธิ์ของการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกนั้น ยังอยู่ในระหว่างการศึกษา ซึ่งมีรายงานว่า การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของวงจรประสาท และลดการทำงานของระบบประสานงานระหว่างสมองส่วนต่างๆ ได้แก่ ระบบ Hypothalamic-pituitary-adrenocortical system ซึ่งการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวน่าจะมาจาก

  • การปรับเปลี่ยนการทำงานของ สารสื่อประสาท
  • การเปลี่ยนแปลงของจุดประสานประสาท (Transsynaptic efficiency, signaling pathways) และ
  • การถอดรหัสของยีน (Gene transcription)

ทั้งนี้ กลไกการออกฤทธิ์ในการปรับเปลี่ยนการกระตุ้นส่วนผิวสมอง(Cortical excitability) จากการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกยังคงไม่ทราบแน่ชัด

แต่กลไกที่น่าจะเป็นไปได้ในการใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก ความถี่สูง คือ ทำให้เปลี่ยนแปลงการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทบริเวณผิวสมอง (Long term potentiation ของ Cortical synapse)

ส่วนกลไกที่น่าจะเป็นไปได้ในการใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก ความถี่ต่ำ คือ การทำให้เกิดการกดการทำงานของการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทบริเวณผิวสมอง (Cortical synapse) และ

จากการศึกษาในสัตว์ทดลองพบว่า มีการปรับเปลี่ยนสารสื่อประสาทและเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของยีน/จีน (Gene induction) ซึ่งผลดังกล่าวนี้ อาจส่งให้ผลการกระตุ้นของการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกอยู่ได้นาน

การใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกรักษาโรคอะไรได้บ้าง?

การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก นำมาประยุกต์ใช้ในการรักษาโรค โดยการปรับลดหรือเพิ่มความไวของสมองส่วนผิว (Cortical excitability) ในโรคที่ต้องการรักษา ให้กลับมาสู่ภาวะปกติ ซึ่งก็มีผลการศึกษาที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกในการรักษาโรคได้ดี แต่ก็ไม่มีการศึกษาเชื่อมโยงถึงผลของการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกไปทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไรต่อสาเหตุของโรค ดังนั้นจึงควรที่จะมีการศึกษาถึงพื้นฐานทางสรีรวิทยาของการใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกให้มากกว่านี้ และนำไปสู่การวิจัยทางคลินิกที่มีกลุ่มควบคุมและมีคุณภาพดี

โรคหรือภาวะทางระบบประสาทที่มีการศึกษาถึงผลการรักษาด้วยการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก ได้แก่

1. ภาวะซึมเศร้า: การใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกเพื่อรักษาภาวะซึมเศร้า (Depression) เป็นการศึกษาที่ละเอียดครอบคลุมที่สุดของการศึกษาการใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก ในทางคลินิก พบผลการรักษาที่ได้ผลร้อยละ 40 ของผู้ป่วยซึมเศร้าที่ไม่ตอบสนองต่อยา ทั้งการให้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่สูงที่สมองด้านซ้ายส่วน Left dorsolateral prefrontal cortex และให้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่ต่ำที่สมองด้านขวาส่วน Right dorsolateral prefrontal cortex สามารถทำให้อาการซึมเศร้าดีขึ้นทั้งคู่ Kimbrell และคณะชี้ให้เห็นว่าผู้ป่วยที่ตรวจพบว่ามีการลดเมแทบอลิซึมของสมองอาจจะตอบสนองต่อ การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่สูง ในขณะที่ผู้ป่วยที่ตรวจพบว่ามีการเพิ่มเมแทบอลิซึมของสมองอาจจะตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่ต่ำ

2. โรคพาร์กินสัน: Pascual-Leone และคณะ เป็นผู้รายงานคนแรกเกี่ยวกับการใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก ความแรงเท่ากับความถี่สูง 5 เฮิรตซ์ ต่อผิวสมองส่วนกำลัง (Motor cortex) ของผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน (Parkinson’s disease) 5 ราย และพบว่าหน้าที่ของมือข้างตรงข้ามกับที่ถูกกระตุ้นดีขึ้น โดยมีเหตุผลที่ชี้แจงได้สองประการคือ

2.1 มีการเพิ่มขึ้นของการทำงานของผิวสมอง (Cortical excitability ต่อ thalamocortical drive) ซึ่งในโรคพาร์กินสันนี้เชื่อว่าขาด Cortical excitability ต่อ thalamocortical drive และ

2.2 ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการเมแทบอลิซึมของสารสื่อประสาทชนิด Catecholamine ที่ Subcortical area ผ่าน Cortical stimulation ส่วน Strafella และคณะ แสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นด้วย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก ต่อ Prefrontal cortex สามารถเพิ่มระดับสารสื่อประสาทชนิดโดปามีน (Dopamine) ในสมองส่วน Caudate nucleus ได้

3. ภาวะกล้ามเนื้อเกร็งตัวผิดรูป: หลังจากที่ได้มีการศึกษาทางสรีรวิทยาต่องานที่จำเพาะต่อภาวะกล้ามเนื้อเกร็งตัวผิดรูป(Dystonia) พบว่ามีความไวต่อการกระตุ้นมากเกินในสมองส่วน Motor cortex หรือมีความล้มเหลวต่อการยับยั้งของส่วนผิวสมอง (Intracortical inhibition) นั้น ได้มีงานวิจัยที่ใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่ 1 เฮิรตซ์ กระตุ้นที่สมองส่วน Motor cortex เป็นเวลา 30 นาทีใช้รักษาผู้ป่วยที่มาด้วยอาการเกร็งเมื่อมีการเขียน (Writer’s cramp) อากการดีขึ้นจากภาวะขาด Intracortical inhibition คงอยู่หลังกระตุ้นสูงสุดคือ 3 ชั่วโมง และผลการรักษาที่ดีนี้พบในผู้ป่วย 2 จาก 16 ราย

4. ภาวะเคลื่อนไหวผิดปกติแบบติค การศึกษาในผู้ป่วยเคลื่อนไหวผิดปกติแบบติค (Tic disorder) พบว่ามีความไวต่อการกระตุ้นมากเกินในสมองส่วน Motor cortex เช่นเดียวกับภาวะกล้ามเนื้อเกร็งผิดรูป (Dystonia) การใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกความถี่ 1 เฮิรตซ์ กระตุ้นที่สมองส่วน Motor cortex สามารถลดความถี่ของการเกิดภาวะเคลื่อนไหวผิดปกติแบบติคได้ แต่ผลนี้อยู่แบบชั่วคราว

5. โรคลมชักที่รักษายาก: มีหลายการศึกษาที่พยายามใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก ความถี่ต่ำ ในการรักษาโรคต่างๆ ได้แก่ ชักที่ไม่ตอบสนองต่อ การรักษาด้วยยากันชัก (Intractable seizure), การเคลื่อนไหวผิดปกติแบบกระตุก (Cortical myoclonus)

อนึ่ง การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกสามารถนำมาประยุกต์ใช้รักษา ภาวะกล้ามเนื้อแข็งเกร็ง (Spasticity), ภาวะปวดเหตุระบบประสาท (Neurogenic pain), ภาวะจิตเภท (Schizophrenia), โดยอาการต่างๆที่เกิดขึ้นอาจหายได้จากการใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกไปกดการเพิ่มขึ้นของความไวของสมองส่วนผิว(Cortical excitability)

6. โรคหลอดเลือดสมอง: ผลการใช้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกในผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมอง อาจเกิดจากการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกเพื่อส่งเสริมการฟื้นฟูสภาพผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมอง แสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมสมองซีกปกติ การให้การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกด้วยความถี่ 1 เฮิรตซ์ ที่สมองส่วน Parietal lobe เพื่อกดการกระตุ้นของสมองซีกที่ดี สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษาอาการละเลยร่างกายซีกตรงข้ามหลังเกิดโรคหลอดเลือดสมองได้

7. ภาวการณ์พูดผิดปกติ: Naeser และคณะ ได้แสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกด้วยความถี่ 1 เฮิรตซ์ ที่สมองด้านขวาบริเวณตำแหน่งที่ Brodmann’s area 45 (ซึ่งเป็นสมองส่วนที่ถูกตั้งสมมุติฐานว่าเป็นบริเวณที่ทำงานไวกว่าปกติ) ในผู้ป่วย Broca’s aphasia อาจจะทำให้ความสามารถในการบอกชื่อของสิ่งของได้ดีขึ้น

หมายเหตุ: องค์การอาหารและยา สหรัฐอเมริกา (The US Food and Drug Administration / FDA)/บรรณานุกรม6,7 ได้อนุญาตการใช้ TMS ทางการแพทย์รักษาโรค

  • ค.ศ. 2013: รักษาอาการปวดศีรษะจากไมเกรนชนิดมีอาการนำ(Aura)ในผู้ป่วยอายุตั้งแต่18ปีขึ้นไป แต่ยังไม่มีการอนุญาตใช้กรณีอาการอื่นๆของไมเกรน
  • สิงหาคม ค.ศ. 2018: รักษาโรคย้ำคิดย้ำทำ(Obsessive compulsive disorder ย่อว่า OCD)ในกรณีไม่สามารถรักษาควบคุมโรคฯได้ด้วยวิธีรักษามาตรฐาน

ข้อห้ามในการรักษาด้วยการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกมีอะไรบ้าง?

มีข้อห้ามในการรักษาด้วยการกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกดังนี้

1. ผู้ที่มีการฝังโลหะหรือชิ้นส่วนของโลหะในสมอง: เพราะสนามแม่เหล็กสามารถเหนี่ยวนำวัตถุที่เป็นโลหะ จนอาจก่อให้เกิดแรงกระทำต่อโครงสร้างสมองโดยรอบวัตถุนั้นได้

2. ผู้ติดเครื่องกระตุ้นหัวใจหรือเครื่องมือที่ฝังอยู่ในร่างกาย: เพราะสนามแม่เหล็กจะรบกวนการทำงานของวงจรไฟฟ้าของเครื่องเหล่านั้นได้

สรุป

การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกเป็นเครื่องมือทางการแพทย์ที่ถูกใช้มาเป็นเวลา 30 ปีมาแล้ว และเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการทำวิจัยทางประสาทวิทยาศาสตร์ การกระตุ้นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลกเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพทั้งในด้านการวินิจฉัยและด้านการรักษา ซึ่งการศึกษาวิจัยทางด้านนี้มีเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่ก็ยังไม่มากพอที่จะรวบรวมงานวิจัยที่มีวิธีการทดลองและผลการทดลองที่เป็นไปในทางเดียวกัน เพื่อจะนำมาใช้เป็นหลักรักษาในหลายๆโรคได้

บรรณานุกรม

  1. ภารดี เอื้อวิชญาแพทย์, สมศักดิ์ เทียมเก่า. Role of Transcranial Magnetic Stimulation in Stroke. วารสารประสาทวิทยาศาสตร์ ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ 2553; 5(3) 30-41.
  2. ภารดี เอื้อวิชญาแพทย์, ธวัชชัย กฤษณะประกรกิจ. การกระตุ้นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านกะโหลก. ศรีนครินทร์เวชสาร 2552; 24 (3) 148-153
  3. ภารดี เอื้อวิชญาแพทย์, จินตนา สัตยาศัย, สมศักดิ์ เทียมเก่า. วารสารประสาทวิทยาศาสตร์ ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ 2554; 6(3): 132-141
  4. ภารดี เอื้อวิชญาแพทย์, สมศักดิ์ เทียมเก่า, ณรงค์ เอื้อวิชญาแพทย์. Management of Epilepsy in Special Conditions. วารสารประสาทวิทยาศาสตร์ ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ 2555; 7(3) 147-155.
  5. Auvichayapat P, Auvichayapat N. Basic principle of transcranial magnetic stimulation. J Med Assoc Thai 2009; 92(11):1560-6.
  6. https://www.fda.gov/newsevents/newsroom/pressannouncements/ucm617244.htm [2018,Nov 24]
  7. https://www.medscape.com/viewarticle/817831 [2018,Nov 24]