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Stimulateurs nerveux électriques et localisation des nerfs périphériques

André van Zundert et Admir Hadzic

INTRODUCTION

La stimulation nerveuse périphérique (PNS), un outil important pour faciliter l'administration des blocs nerveux périphériques. Les améliorations de la technologie de localisation nerveuse électrique ont conduit à un certain nombre de stimulateurs nerveux disponibles dans le commerce qui sont supérieurs et plus avancés que les appareils plus anciens. Avec l'introduction des blocs nerveux guidés par ultrasons, cependant, il y a eu confusion sur le rôle de la stimulation nerveuse dans la mise en place des blocs nerveux guidés par ultrasons. Cette revue se concentre sur les fondements de la stimulation nerveuse avec un bref historique, les derniers développements de la technologie et le rôle de la stimulation nerveuse avec des blocs nerveux périphériques guidés par ultrasons.

NOTRE HISTOIRE

Faits saillants

  • 1780 : Luigi Galvani est le premier à décrire l'effet de la stimulation neuromusculaire électrique dans une expérience de grenouille.
  • 1912 : Perthes développe et décrit un stimulateur nerveux électrique.
  • 1955 : Pearson introduit le concept d'aiguilles isolées pour la localisation des nerfs.
  • 1962 : Greenblatt et Denson ont introduit un stimulateur nerveux portable à semi-conducteurs avec une sortie de courant variable et ont décrit son utilisation pour la localisation des nerfs.
  • 1973 : Montgomery et al ont démontré que les aiguilles non isolées nécessitent des amplitudes de courant significativement plus élevées que les aiguilles isolées.
  • 1984 : Ford et al ont signalé un manque de précision avec des aiguilles non isolées une fois que la pointe de l'aiguille a dépassé le nerf cible.
  • Ford et al ont suggéré l'utilisation de stimulateurs nerveux avec une source de courant constant, sur la base de la comparaison des caractéristiques électriques des stimulateurs nerveux périphériques.
  • En 2004, Hadzic & Vloka ont défini les caractéristiques électriques et proposé une norme de fabrication pour les stimulateurs nerveux modernes.

Il a fallu près de 100 ans entre le concept de stimulation nerveuse et l'adoption de l'électrolocalisation lors d'un bloc nerveux périphérique dans les années 1990. L'introduction plus répandue de la stimulation nerveuse dans la pratique du bloc nerveux périphérique a conduit à des recherches sur la relation aiguille-nerf et l'effet de la durée du stimulus. Plus récemment, les principes de la stimulation nerveuse électrique ont été appliqués à la cartographie de surface des nerfs périphériques en utilisant le guidage percutané des électrodes pour la confirmation et le placement du cathéter péridural et le placement du cathéter périphérique. Ce chapitre traite de l'électrophysiologie de la stimulation nerveuse, des électrostimulateurs nerveux, des divers modes de localisation des nerfs périphériques et de l'intégration de la technologie dans le domaine de l'anesthésie régionale guidée par ultrasons.

Qu'est-ce que la stimulation électrique des nerfs périphériques ?

La stimulation électrique des nerfs en anesthésie régionale est une méthode d'utilisation d'un stimulus électrique de faible intensité (jusqu'à 5 mA) et de courte durée (0.05 à 1 ms) (à une fréquence de répétition de 1 à 2 Hz) pour obtenir une réponse définie ( contraction musculaire ou sensation) pour localiser un nerf périphérique ou un plexus nerveux avec une aiguille (isolée) avant d'injecter un anesthésique local à proximité immédiate du nerf pour bloquer la conduction nerveuse pour la chirurgie ou la gestion de la douleur aiguë. L'utilisation de la stimulation nerveuse peut reconnaître une injection de placement d'aiguille intraneurale ou intrafasciculaire, empêcher la poursuite de l'avancement de l'aiguille intraneurale et aider à réduire le risque de lésion nerveuse.

La stimulation nerveuse électrique peut être utilisée pour une technique d'injection unique, ainsi que pour guider lors de l'insertion de cathéters à bloc nerveux continu. Plus récemment, le guidage échographique en combinaison avec la stimulation nerveuse («double surveillance») est devenu une pratique courante pour guider le placement de l'aiguille et une documentation médico-légale solide des procédures de bloc nerveux.

Indications pour l'utilisation du SNP

En principe, presque tous les plexus ou autres grands nerfs périphériques peuvent être localisés à l'aide du SNP. Lorsqu'il est utilisé avec un guidage par ultrasons, le PNS devient avant tout un outil de sécurité. Le but de la stimulation nerveuse est de placer la pointe de l'aiguille (plus précisément, son orifice d'injection) à proximité immédiate du nerf cible pour injecter l'anesthésique local dans l'espace tissulaire qui contient le nerf. Lorsqu'il est utilisé avec un guidage par ultrasons, le PNS devient avant tout un outil de sécurité. Une réponse motrice inattendue pendant l'avancement de l'aiguille peut alerter l'opérateur que l'aiguille est à proximité immédiate du nerf et, par conséquent, empêcher l'avancement de l'aiguille lorsque la position de la pointe de l'aiguille n'est pas bien vue à l'échographie. La réponse motrice (contraction) au SNP est objective, fiable et indépendante de la réponse (subjective) du patient. Même sous guidage échographique, la stimulation nerveuse est souvent utile pour confirmer que la structure imagée est bien le nerf recherché. De même, la relation aiguille-nerf peut ne pas toujours être visualisée à l'échographie; une réponse motrice inattendue peut se produire, alertant l'opérateur que l'aiguille est déjà à proximité du nerf. L'apparition d'une réponse motrice à une intensité de courant inférieure à 0.5 mA peut servir d'indicateur d'un contact aiguille-nerf ou d'un placement d'aiguille intraneurale. Bien que cette réponse puisse ne pas être présente même avec une position d'aiguille intraneurale (faible sensibilité), sa présence est essentiellement toujours indicative d'un placement intraneural (spécificité élevée). Un algorithme d'utilisation de la stimulation nerveuse comme outil de surveillance lors de blocs échoguidés est proposé dans Figure 1.

FIGURE 1. Un algorithme pour l'utilisation de la stimulation nerveuse avec des blocs nerveux guidés par ultrasons. Veuillez noter que le stimulateur nerveux ici est utilisé principalement comme un outil de surveillance de la sécurité, plutôt qu'un outil de localisation nerveuse. Le stimulateur est réglé à 0.5 mA (0.1 ms) et le courant est rarement manipulé. Au lieu de cela, une réponse motrice est obtenue ; une prudence supplémentaire est exercée car cela indique une relation intime aiguille-nerf. Au lieu d'ajuster l'intensité du courant pour déterminer à quel courant la réponse motrice s'éteint, l'aiguille est légèrement retirée pour supprimer la réponse et éloigner la pointe de l'aiguille du nerf. Une petite quantité d'anesthésique local est ensuite injectée pour déterminer l'emplacement de la pointe de l'aiguille tout en évitant une pression d'ouverture supérieure à 15 psi. LA, anesthésie locale ; OIP, pression d'injection d'ouverture.

Les inconvénients du SNP incluent le besoin d'équipement supplémentaire (stimulateur nerveux et aiguilles isolées), le coût plus élevé des aiguilles isolées et des cas exceptionnels pour lesquels il peut être difficile de provoquer une réponse motrice.

Conseils NYSORA

  • L'apparition d'une réponse motrice à 0.5 mA (0.1 ms) indique un contact aiguille-nerf ou un placement intraneural de l'aiguille.
  • L'apparition de la réponse motrice à 0.5 mA doit inciter à la prudence. Le praticien doit arrêter d'avancer l'aiguille, retirer l'aiguille de 1 mm et injecter 1 ml d'anesthésique local (en supposant que la pression d'ouverture est inférieure à 15 psi) pour déterminer la position de la pointe de l'aiguille et ajuster l'aiguille et le processus d'injection en conséquence.
  • Le SNP ne doit pas être invoqué chez un patient recevant des myorelaxants.
  • La présence d'une anesthésie rachidienne ou péridurale n'affecte pas négativement la fiabilité du SNP.
  • Les techniques d'injections multiples peuvent diminuer la sensibilité du SNP en raison du bloc nerveux partiel qui se produit entre les injections.

BASES DE LA NEUROPHYSIOLOGIE ET ​​DE L'ÉLECTROPHYSIOLOGIE

Potentiel membranaire, potentiel de repos, dépolarisation, potentiel d'action et propagation des impulsions

Toutes les cellules vivantes ont un potentiel de membrane (un potentiel de tension à travers leur membrane, mesuré de l'extérieur vers l'intérieur), qui varie (selon l'espèce et le type de cellule) d'environ -60 à -100 mV. Les cellules nerveuses et musculaires des mammifères ont généralement un potentiel de membrane (potentiel de repos) d'environ -90 mV.

Seules les cellules nerveuses et musculaires ont la capacité de produire des impulsions électriques uniformes, appelées potentiels d'action (parfois appelées pointes), qui se propagent le long de leurs membranes, notamment le long des longues extensions des cellules nerveuses (fibres nerveuses, axones). Une diminution de la différence de potentiel électrique (par exemple, de –90 à –55 mV, ou dépolarisation) provoque un potentiel d'action. Si la dépolarisation dépasse un certain seuil, un potentiel d'action ou une série de potentiels d'action est généré par la membrane nerveuse (aussi appelé tir) selon la règle du tout ou rien, entraînant la propagation du potentiel d'action le long de la fibre nerveuse ( axone). Pour dépolariser la membrane nerveuse de l'extérieur de la cellule (stimulation extracellulaire), la polarité négative du stimulus électrique est plus efficace pour éliminer la charge positive de l'extérieur de la membrane. Cela diminue à son tour le potentiel à travers la membrane vers le niveau de seuil.

Il existe différents types de fibres nerveuses. Chaque type de fibre se distingue anatomiquement par son diamètre et son degré de myélinisation. La myélinisation est formée par une couche isolante de cellules de Schwann enroulée autour des fibres nerveuses. Ces caractéristiques déterminent en grande partie le comportement électrophysiologique des différentes fibres nerveuses, c'est-à-dire la vitesse de propagation des impulsions des potentiels d'action et le seuil d'excitabilité. Le plus souvent, les caractéristiques distinctives sont les fibres motrices (par exemple, Aα, Aβ) et les fibres douloureuses (C). Les fibres motrices Aα ont le plus grand diamètre et le degré de myélinisation le plus élevé et donc la vitesse de propagation des impulsions la plus élevée et un seuil de stimulation externe relativement bas. Les fibres C (qui transmettent une douleur intense et sourde) ont peu ou pas de myélinisation et sont de plus petit diamètre. Par conséquent, la vitesse de propagation dans ces fibres est relativement faible, et les niveaux de seuil à la stimulation externe, en général, sont plus élevés.

Il existe plusieurs autres fibres efférentes, qui transmettent les réponses de divers récepteurs cutanés ou fuseaux musculaires (Aδ). Celles-ci sont plus fines que les fibres Aα et ont moins de myélinisation. Certaines de ces fibres sensorielles (afférentes), ayant un niveau de seuil relativement bas, transmettent la sensation de picotement typique associée à un niveau inférieur de sensation de douleur lorsqu'elles sont stimulées électriquement (similaire à la sensation lors de la frappe du « drôle d'os »). Une telle sensation peut se produire lors d'une stimulation transcutanée avant qu'une réponse motrice ne soit déclenchée.

La structure anatomique de base des fibres Aα myélinisées (moteur) et des fibres C non myélinisées (douleur) est représentée schématiquement dans Figure 2. La relation entre différents stimuli et le déclenchement du potentiel d'action dans les fibres motrices et douloureuses est illustrée dans Figures 3A et un 3B, Respectivement.

FIGURE 2. Structures anatomiques schématiques des fibres nerveuses. A : fibre nerveuse (axone) avec isolation (gaine de myéline), (fibres Aα). B : fibre nerveuse (axone) sans isolation (fibre C).

FIGURE 3. A : Potentiel d'action, niveau de seuil et stimulus. Les fibres motrices ont une chronaxie courte en raison de la capacité relativement faible de leur membrane myélinisée (seule la surface des nœuds de Ranvier compte ; voir Figure 14–1) ; par conséquent, il ne faut que peu de temps pour dépolariser la membrane jusqu'au niveau de seuil. B : Potentiel d'action, niveau de seuil et stimulus. Les fibres douloureuses ont une longue chronaxie en raison de la capacité plus élevée de leur membrane non myélinisée (toute la surface de la membrane compte); par conséquent, il faut plus de temps pour dépolariser la membrane jusqu'au niveau de seuil. Des impulsions courtes (comme indiqué par la ligne pointillée verticale) ne seraient pas en mesure de dépolariser la membrane en dessous du niveau de seuil.

Niveau seuil, Rhéobase, Chronaxie

Une certaine intensité minimale de courant est nécessaire à une durée d'impulsion donnée pour atteindre le niveau seuil d'excitation. Le courant de seuil le plus bas (à des durées d'impulsion infiniment longues) est appelé rhéobase. La durée d'impulsion (largeur d'impulsion) au double du courant rhéo-base est appelée chronaxie. Les impulsions électriques avec la durée de la chronaxie sont les plus efficaces (à des amplitudes relativement faibles) pour susciter des potentiels d'action. C'est la raison pour laquelle la réponse motrice peut être déclenchée à une durée d'impulsion aussi courte (par exemple, 0.1 ms) à des amplitudes de courant relativement faibles tout en évitant la stimulation des fibres douloureuses de type C. Les chiffres typiques de la chronaxie sont de 50 à 100 μs (fibres Aα), 170 μs (fibres Aδ) et 400 μs ou plus (fibres C). La relation entre la rhéobase et la chronaxie pour les fibres motrices par rapport aux fibres nerveuses douloureuses est illustrée dans Figure 4.

FIGURE 4. A : Comparaison des courbes de seuil, de la chronaxie et du niveau de rhéobase des fibres motrices (haute vitesse) et douloureuses (basse vitesse). B : Données expérimentales, amplitudes seuils obtenues avec stimulation percutanée (Stimuplex Pen et Stimuplex HNS 12). Stimulation obtenue par stimulation percutanée du nerf médian à proximité du poignet à la recherche d'une réponse motrice du pouce. C : Amplitudes seuils obtenues avec la stimulation percutanée (Stimuplex Pen et Stimuplex HNS 12). Stimulation des nerfs médian et radial près du poignet et au milieu de l'avant-bras à la recherche d'une paresthésie électrique (sensation de picotement) dans le majeur et l'annulaire (nerf médian) ou d'une sensation de douleur superficielle près du poignet (nerf radial), respectivement.

Impédance, durée d'impulsion et courant constant

Le circuit électrique est formé par le stimulateur nerveux, l'aiguille du bloc nerveux et sa conception de pointe, les caractéristiques tissulaires du patient, la peau, l'électrode cutanée (électrode de mise à la terre) et les câbles reliant tous les éléments. La résistance de ce circuit n'est pas simplement une simple équation de résistance d'Ohm en raison des capacités spécifiques du tissu, de l'interface électrocardiographique (ECG) électrode-peau et de la pointe de l'aiguille, qui influencent la résistance globale. La capacité dans le circuit décrit varie avec le contenu fréquentiel du courant de stimulation, et elle est appelée impédance ou résistance complexe, qui dépend du contenu fréquentiel du stimulus. En général, plus l'impulsion est courte, plus son contenu fréquentiel est élevé et, par conséquent, plus l'impédance d'un circuit avec une capacité donnée est faible. A l'inverse, une durée d'impulsion plus longue a un contenu fréquentiel plus faible. Par exemple, pour un stimulus de 0.1 ms, le contenu fréquentiel principal est de 10 kHz plus ses harmoniques, alors que pour une impulsion de 1.0 ms, le contenu fréquentiel principal est de 1 kHz plus les harmoniques). En réalité, l'impédance de la pointe de l'aiguille et l'impédance électrode-peau ont le plus grand impact. L'impédance de la pointe de l'aiguille dépend largement de la géométrie et de l'isolation (zone conductrice). L'impédance électrode-peau peut varier considérablement d'un individu à l'autre (par exemple, type de peau, état d'hydratation) et peut être influencée par la qualité de l'électrode ECG utilisée.

En raison de l'impédance variable dans le circuit, créée principalement par la pointe de l'aiguille et l'interface électrode-peau, un stimulateur nerveux avec une source de courant constante et une puissance de sortie (tension) suffisante est nécessaire pour compenser la large gamme d'impédances rencontrées cliniquement .

UTILISATION CLINIQUE DE LA STIMULATION DES NERFS PÉRIPHÉRIQUES

Configuration et vérification de l'équipement

Voici quelques aspects importants pour une électrolocalisation réussie des nerfs périphériques à l'aide du SNP :

  • Utilisez uniquement un stimulateur nerveux spécialement fabriqué pour les blocs nerveux.
  • Utilisez des aiguilles de stimulation nerveuse isolées (Tableau 1).
  • Utilisez des électrodes cutanées de haute qualité avec une faible impédance.
  • Certaines électrodes ECG moins chères peuvent avoir une impédance/résistance trop élevée.
  • Avant de commencer la procédure, vérifiez le bon fonctionnement du stimulateur nerveux et des câbles de connexion.
  • Pendant la procédure, vérifiez fréquemment pour vous assurer que le courant est délivré et que les fils ne se déconnectent pas.
  • La conception des connecteurs doit empêcher une mauvaise connexion de polarité.
  • Connectez l'aiguille de stimulation nerveuse au stimulateur nerveux (qui doit être allumé) et réglez l'amplitude et la durée du courant aux niveaux souhaités.
  • Pour les blocs superficiels, sélectionnez 1.0 mA comme intensité de courant de démarrage.
  • Pour les blocs profonds, sélectionnez 1.5 mA comme intensité de courant de démarrage.
  • Sélectionnez entre 0.1 et 0.3 ms de durée de courant pour la plupart des utilisations.
  • Sous guidage échographique, sélectionnez le courant à 0.5 mA ; il est rarement nécessaire de modifier le courant car la réponse motrice sous guidage échographique n'est pas recherchée. Cependant, lorsqu'il est déclenché de manière inattendue, il avertit l'opérateur que l'aiguille se trouve à proximité immédiate du nerf ou placée de manière intraneurale.

TABLE 1. Tailles d'aiguilles de stimulation recommandées pour divers blocs nerveux.

Bloc nerveuxTechnique à un seul coup
Longueur (mm)
Technique à un seul coup
Taille, DE (mm/G)
Technique du cathéter (aiguille d'introduction)
Longueur (mm)
Technique du cathéter (aiguille d'introduction)
Taille, DE (mm/G)
Interscalène antérieur25-500.5 – 0.7 / 25 – 2233-551.1 – 1.3 / 20 – 18
Interscalène postérieur80-1000.7/2280-1101.3/18
Infraclaviculaire vertical (VIB) 500.7/2250-551.3/18
Bloc axillaire 35-500.5 – 0.7 / 25 – 2240-551.3/18
suprascapulaire35-500.5 – 0.7 / 25 – 2240-551.3/18
Compartiment du psoas80-1200.7 – 0.8 / 22 – 21 80-1501.3/18
Nerf fémoral500.7/2250-551.3/18
Nerf saphène50-800.7/2255-801.3/18
Obturateur800.7/22801.3/18
Sciatique parasacrée80-1200.7 – 0.8 / 22 – 21 80-1101.3/18
Sciatique transfessière80-1000.7 – 0.8 / 22 – 21 80-1101.3/18
Sciatique antérieure100-1500.7 – 0.9 / 22 – 20100-1501.3/18
Sciatique sous-trochantérienne80-1000.7 – 0.8 / 22 – 2180-1101.3/18
Sciatique distale latérale50-800.7/2255-801.3/18
Sciatique poplitée500.7/22551.3/18
OD = diamètre extérieur ; ON = Nerf obturateur
Remarque : Les tailles d'aiguille de localisation nerveuse données ne sont que des estimations ; selon la taille du patient, une aiguille légèrement plus courte ou plus longue peut être nécessaire. Certains fabricants proposent également des tailles d'aiguilles plus petites pour un usage pédiatrique.
Les aiguilles plus longues que nécessaire pour une procédure de bloc donnée ne doivent pas être utilisées car le risque de complications peut augmenter lors de l'insertion de l'aiguille trop profondément.

Cartographie des nerfs transcutanés (de surface)

Lorsque le guidage échographique n'est pas utilisé, un stylo de cartographie nerveuse peut être utilisé pour localiser les nerfs superficiels (jusqu'à une profondeur maximale d'environ 3 cm) avec une stimulation nerveuse transcutanée avant l'insertion de l'aiguille du bloc nerveux. La cartographie nerveuse transcutanée est particulièrement utile pour identifier le meilleur site d'insertion de l'aiguille chez les patients présentant une anatomie difficile ou lorsque les repères s'avèrent difficiles à identifier. Figure 5 montre plusieurs stylos de cartographie nerveuse disponibles.

La cartographie nerveuse est également utile lors de l'enseignement de l'anatomie de surface. Il convient de noter qu'une durée de stimulation plus longue (par exemple, 1 ms) est nécessaire pour accomplir une stimulation nerveuse transcutanée, car une plus grande énergie est nécessaire pour provoquer une réponse motrice des structures neurales par voie transcutanée. La pointe de l'électrode du stylo doit avoir une pointe atraumatique en forme de boule. Le diamètre de la pointe conductrice ne doit pas être supérieur à environ 3 mm pour fournir une densité de courant et une discrimination spatiale suffisantes, ce qui peut ne pas être le cas avec des diamètres de pointe plus grands. Sachez que de nombreux stimulateurs nerveux ne fournissent pas la durée d'impulsion requise de 1 ms ou une source de courant constant suffisamment puissante (5 mA au minimum, charge de sortie de 12 kΩ) pour utiliser de manière fiable un stylo de cartographie nerveuse. Par conséquent, il est recommandé de coupler le stylo de cartographie et le stimulateur nerveux, idéalement, en les acquérant du même fabricant.

FIGURE 5. Configuration de la pointe de plusieurs SNP de cartographie nerveuse disponibles dans le commerce. De gauche à droite : Stimuplex Pen (B. Braun, Melsungen (Allemagne) ; stylo de cartographie nerveuse (Pajunk, Allemagne) ; NeuroMap (HDC, USA).

La stimulation transcutanée d'un stylo de cartographie nerveuse peut provoquer plusieurs types de sensations dues à la stimulation de diverses cellules sensorielles de la peau. Cela peut être ressenti comme des picotements, une piqûre d'épingle ou même une légère sensation de brûlure. La perception varie beaucoup d'un individu à l'autre. La plupart des patients tolèrent bien la stimulation transcutanée avec un stylo de cartographie nerveuse ; cependant, certains individus le décrivent comme inconfortable voire douloureux (selon l'amplitude et la durée du stimulus). Cependant, la quantité d'énergie délivrée par les stimulateurs nerveux avec une sortie maximale de 5 mA à une durée d'impulsion de 1 ms est bien trop faible pour créer une lésion de la peau ou des nerfs. Une prémédication modérée est généralement suffisante pour que la procédure soit bien tolérée par les patients. La cartographie de surface a été suggérée comme un outil utile dans la formation des résidents et est particulièrement devenue populaire en anesthésie régionale pédiatrique dans les années 2000. Cependant, son utilisation a été peu fréquente avec l'avènement du guidage échographique.

Guidage percutané des électrodes

Le guidage percutané des électrodes combine la stimulation nerveuse transcutanée (cartographie nerveuse) avec le guidage par aiguille du bloc nerveux. Essentiellement, un petit dispositif de visée est monté et verrouillé sur une aiguille de bloc nerveux classique, ce qui permet à la pointe conductrice de l'aiguille d'entrer en contact avec la peau sans rayer ou pénétrer la peau. Une fois la meilleure réponse obtenue, l'aiguille est avancée à travers la peau de la manière habituelle, et le reste de l'appareil continue à stabiliser l'aiguille et à la guider vers la cible. Le dispositif permet également à l'opérateur de faire des indentations dans la peau et les tissus afin que la distance initiale entre la pointe de l'aiguille au niveau de la peau et le nerf cible soit réduite, et que l'aiguille du bloc nerveux ait moins de distance à parcourir à travers les tissus. La technique permet de prélocaliser le(s) nerf(s) cible(s) avant la ponction cutanée (Figure 6).

FIGURE 6. Technique de guidage percutané des électrodes à l'aide du guide Stimuplex (B. Braun, Melsungen, Allemagne) lors d'une procédure de bloc sous-claviculaire vertical.

Utilisation du stimulateur nerveux

L'amplitude de départ utilisée pour la stimulation nerveuse dépend de la pratique locale et de la profondeur projetée du nerf cutané. Pour les nerfs superficiels, une amplitude de 1 mA au départ est choisie dans la plupart des cas. Pour les nerfs plus profonds, il peut être nécessaire d'augmenter l'amplitude du courant initial entre 1.5 et 3 mA jusqu'à ce que la réponse motrice soit déclenchée à une distance de sécurité du nerf. Cependant, une intensité de courant trop élevée peut entraîner une stimulation musculaire directe ou une gêne pour le patient, les deux étant indésirables.

Une fois la réponse musculaire recherchée obtenue, l'amplitude de l'intensité du courant est progressivement réduite et l'aiguille est lentement avancée plus loin. L'aiguille doit être avancée lentement pour éviter un avancement trop rapide entre les stimuli. L'avancement de l'aiguille et la réduction du courant sont poursuivis jusqu'à ce que la réponse motrice souhaitée soit atteinte avec un courant de 0.2 à 0.5 mA à une durée de stimulation de 0.1 ms. Le niveau de seuil et la durée du stimulus sont interdépendants ; en général, une courte durée d'impulsion est un meilleur discriminateur de la distance entre l'aiguille et le nerf. Lorsque la contraction motrice est perdue pendant l'avancement de l'aiguille, l'intensité du stimulus doit d'abord être augmentée pour retrouver la contraction musculaire plutôt que de déplacer l'aiguille à l'aveuglette. Une fois l'aiguille correctement positionnée, suffisamment près du nerf à une amplitude de courant d'environ 0.3 mA et une durée d'impulsion de 0.1 ms, 1 à 2 ml d'anesthésique local sont injectés comme dose test en utilisant une faible pression d'injection d'ouverture, ce qui supprime la contraction musculaire. . L'injectat hautement conducteur (par exemple, anesthésique local ou solution saline normale) court-circuite le courant vers les tissus environnants, abolissant efficacement la réponse motrice. Dans de telles situations, l'augmentation de l'amplitude peut ne pas ramener la contraction musculaire. Tsui et Kropelin ont démontré que l'injection de dextrose à 5 % dans l'eau (D5W ; qui a une faible conductivité) n'entraîne pas la perte de la contraction musculaire si la position de l'aiguille n'est pas modifiée. Ensuite, la quantité totale d'anesthésique local appropriée pour le bloc nerveux souhaité est injectée.

Il convient de rappeler que l'absence de réponse motrice avec un courant de stimulation jusqu'à 1.5 mA n'exclut pas la mise en place d'une aiguille intraneurale (faible sensibilité). Cependant, la présence d'une réponse motrice avec un courant de faible intensité (≤ 0.2 mA, 0.1 ms) ne se produit qu'avec le placement de l'aiguille intraneurale et, éventuellement, intrafasciculaire. Pour cette raison, si la réponse motrice est toujours présente à 0.2 mA ou moins (0.1 ms), l'aiguille doit être légèrement retirée pour éviter le risque d'injection intrafasciculaire. Le principe de l'approche aiguille-nerf et sa relation avec la stimulation sont décrits dans Figures 7A, 7B et 7C.

Pour éviter ou minimiser l'inconfort du patient pendant la procédure de localisation des nerfs, il est recommandé d'éviter un courant de stimulation trop élevé. Encore une fois, l'aiguille ne doit pas être avancée trop rapidement car cela peut augmenter le risque de blessure. De plus, la meilleure position de l'aiguille, produisant une bonne réponse motrice proche du seuil, peut être manquée.

FIGURE 7. A : Aiguille de stimulation à distance du nerf et courant de stimulation élevé provoquant une faible réponse motrice. B : Aiguille de stimulation proche du nerf et courant de stimulation élevé provoquant une forte réponse motrice. C : Aiguille de stimulation proche du nerf et courant de stimulation faible (proche du seuil) provoquant une faible réponse motrice.

Le rôle de la mesure d'impédance

La mesure de l'impédance peut fournir des informations supplémentaires si le circuit électrique est optimal. Théoriquement, l'impédance peut identifier le placement intraneural ou intravasculaire de la pointe de l'aiguille. Tsui et ses collègues ont rapporté que l'impédance électrique double presque (12.1 à 23.2 kΩ), ce qui est significatif, lorsque l'aiguille est avancée d'une position extraneurale à intraneurale dans un nerf sciatique porcin. De même, l'injection d'une petite quantité de D5W, qui a une impédance élevée, entraîne une augmentation significativement plus élevée de l'impédance dans le tissu périneural que dans l'espace intravasculaire. Ainsi, la mesure de l'impédance avant et après l'injection de dextrose peut potentiellement détecter le placement intravasculaire de la pointe de l'aiguille, identifiant ainsi le placement avant l'injection d'anesthésique local. Dans ce rapport, l'impédance de base périneurale (25.3 ± 2.0 kΩ) était significativement plus élevée que l'intravasculaire (17.2 ± 1.8 kΩ). Lors de l'injection de 3 mL de D5W, l'impédance périneurale a augmenté de 22.1 ± 6.7 kΩ pour atteindre un pic de 50.2 ± 7.6 kΩ et est restée presque constante à environ 42 kΩ pendant le temps d'injection de 30 s. En revanche, l'impédance intravasculaire n'a augmenté que de 2.5 ± 0.9 kΩ, ce qui est significativement moins par rapport à la position de l'aiguille périneurale. À l'heure actuelle, cependant, davantage de données sont nécessaires avant que ces résultats puissent être intégrés en tant que méthode supplémentaire de surveillance de la sécurité dans la pratique clinique, bien qu'il y ait eu des progrès récents significatifs à cet égard.

Stimulation nerveuse électrique séquentielle

La stimulation nerveuse actuelle utilise des stimuli de durée identique (typiquement 0.1 ms), généralement à une fréquence de répétition de 1 ou 2 Hz. Un problème courant lors de la stimulation nerveuse est que la réponse motrice évoquée est souvent perdue lors du déplacement de l'aiguille pour optimiser sa position. Dans de tels cas, il est recommandé à l'opérateur d'augmenter l'amplitude du stimulus (mA) ou d'augmenter la durée de l'impulsion (ms), cette dernière pouvant ne pas être possible. Alternativement, l'opérateur peut prendre quelques mesures, selon le type de stimulateur nerveux utilisé. La technique SENSe (stimulation nerveuse électrique séquentielle) intègre un stimulus supplémentaire avec une durée d'impulsion plus longue après deux impulsions régulières d'une durée de 0.1 ms, créant une fréquence de stimulation de 3 Hz. La troisième impulsion plus longue délivre plus de charge que les deux premières et a donc une portée plus longue dans les tissus. Par conséquent, une réponse motrice évoquée est souvent déclenchée à 1 Hz, même lorsque l'aiguille est éloignée du nerf. Une fois que la pointe de l'aiguille est positionnée plus près du nerf, des contractions musculaires sont observées à 3 Hz. L'avantage de la technique SENSe est qu'une réponse motrice (à 1/s) est maintenue même lorsque les secousses provoquées précédemment par les deux premières impulsions sont perdues en raison d'un léger mouvement de l'aiguille. Cette fonction empêche l'opérateur de déplacer l'aiguille "à l'aveuglette".

Figure 8 montre des exemples de schémas d'impulsion SENSe particuliers à différentes amplitudes de stimulus. Finalement, l'amplitude du seuil cible reste la même que d'habitude (environ 0.3 mA) mais à 3 stimuli par seconde. Avec la technique SENSe, une réponse motrice à seulement 1/s indique que l'aiguille n'est pas encore placée correctement. Semblable à la cartographie de surface, l'utilité de cette technologie a considérablement diminué.

FIGURE 8. Modèle d'impulsion de stimulation nerveuse électrique séquentielle (SENSe) du stimulateur nerveux Stimuplex HNS 12 (B. Braun, Melsungen, Allemagne) en fonction de l'amplitude réelle du stimulus. La durée d'impulsion de la troisième impulsion diminue avec l'amplitude du stimulus en dessous de 2.5 mA de 1.0 ms à un minimum de 0.2 ms par rapport à la durée d'impulsion constante de 0.1 ms des deux premières impulsions. A : modèle d'impulsion à 0.3 mA (niveau de seuil). B : modèle d'impulsion à 1.0 mA. C : modèle d'impulsion à 2.0 mA.

Dépannage pendant la stimulation nerveuse

Tableau 2 répertorie les problèmes les plus courants rencontrés lors de l'électrolocalisation des nerfs périphériques et l'action corrective.

TABLE 2. Problèmes courants rencontrés lors de l'électrolocalisation des nerfs périphériques et des actions correctives.

ProblèmeSolution
Le stimulateur nerveux ne fonctionne pas du tout.Vérifiez et remplacez la batterie ; reportez-vous au manuel d'utilisation du stimulateur.
Le stimulateur nerveux cesse soudainement de fonctionnerVérifiez et remplacez la batterie.
Aucune réponse motrice n'est obtenue malgré le placement approprié de l'aiguille.Vérifiez les connecteurs, l'électrode cutanée, les câbles et l'aiguille de stimulation pour un circuit interrompu ou une impédance trop élevée.
Vérifiez et assurez-vous que le courant circule—aucun indicateur de déconnexion sur le stimulateur.
Vérifiez le réglage de l'amplitude (mA) et de la durée d'impulsion.
Vérifiez le réglage du stimulateur (certains stimulateurs ont un mode test ou un mode pause, qui empêche la délivrance de courant).
La réponse motrice disparaît et ne peut pas être retrouvée même après avoir augmenté l'amplitude et la durée du stimulus.Recherchez les causes répertoriées précédemment. Peut être causée par l'injection d'un anesthésique local.

CARACTERISTIQUES DES STIMULATEURS NERVEUX MODERNES POUR BLOCS NERVEUX

Caractéristiques les plus importantes des stimulateurs nerveux

Cette section aborde les caractéristiques les plus importantes des stimulateurs nerveux pour la surveillance pendant les procédures de bloc nerveux.

Caractéristiques électriques

  • Une source de courant constant réglable avec une plage de fonctionnement de 10 kΩ, au minimum, une charge de sortie (impédance) et idéalement à 15 kΩ ou plus.
  • Amplitude de stimulation réglable (0–5 mA).
  • Un grand affichage numérique facile à lire du courant réel délivré.
  • Une durée d'impulsion sélectionnable (largeur), au moins entre 0.1 et 1.0 ms (les fibres motrices sont stimulées plus facilement avec des courants de plus courte durée [0.1 ms] alors que les fibres sensorielles nécessitent une durée de stimulation plus longue [1.0 ms]).
  • Une fréquence de stimulus entre 1 et 3 Hz (c'est-à-dire 1 à 3 impulsions par seconde). Le meilleur compromis est 2 Hz, qui devrait être la valeur par défaut
  • Une impulsion de sortie rectangulaire monophasique pour fournir des stimuli reproductibles.
  • Paramètres de démarrage configurables pour que la machine soit conforme au protocole de l'hôpital et pour éviter les erreurs lorsque plusieurs utilisateurs travaillent avec le même appareil (0.5 mA au démarrage, durée d'impulsion de 0.1 ms, fréquence de stimulation de 2 Hz).
  • Un affichage de l'impédance du circuit (kΩ) est recommandé pour permettre à l'opérateur de vérifier l'intégrité du circuit électrique et de détecter un éventuel placement intraneural ou intravasculaire de la pointe de l'aiguille.
  • Un processus d'auto-vérification automatique du fonctionnement interne de l'unité avec un message d'avertissement en cas de problème avec le circuit.

Des dispositifs de sécurité

  • Utilisation simple et intuitive.
  • Un écran large et facile à lire.
  • Plage de courant limitée (0–5 mA) car une amplitude trop élevée peut être douloureuse ou inconfortable pour le patient.
  • Un affichage de tous les paramètres pertinents, tels que l'amplitude (mA) (ou la charge du stimulus [nC]), la durée du stimulus (ms), la fréquence du stimulus (Hz), l'impédance (kΩ) et l'état de la batterie.
  • Identification claire de la polarité de sortie (polarité négative à l'aiguille).
  • Instructions d'utilisation significatives, avec des listes de plages de fonctionnement et de tolérances autorisées.
  • Le fonctionnement sur batterie du stimulateur nerveux, par opposition au fonctionnement électrique, offre une sécurité intrinsèque ; il n'y a aucun risque de choc électrique grave ou de brûlures causées par un court-circuit à l'alimentation électrique principale.
  • L'énergie maximale délivrée par un stimulateur nerveux avec un signal de sortie de 5 mA et 95 V à une durée d'impulsion de 1 ms n'est que de 0.475 mWs.
  • Les unités combinées pour la stimulation nerveuse électrique périphérique (pour le bloc nerveux périphérique) et transcutanée (pour la mesure de la relaxation musculaire) ne doivent pas être utilisées car la fonction transcutanée produit une charge d'énergie élevée indésirable.

Alarmes/avertissements :

  • Alarme de circuit ouvert/déconnexion (optique et acoustique).
  • Avertissement/indication si l'impédance est trop élevée, c'est-à-dire que le courant souhaité n'est pas délivré.
  • Il est conseillé d'afficher l'impédance réelle.
  • Indication ou alarme d'amplitude proche du seuil.
  • Alarme de batterie faible.
  • Alarme de dysfonctionnement interne.

Tableau 3 fournit une comparaison des caractéristiques les plus importantes des stimulateurs nerveux couramment utilisés.

TABLE 3. Comparaison des caractéristiques les plus pertinentes des stimulateurs nerveux modernes.

Produit/entreprise
Fonctionnalité
Stimuluplex HNS
12 (avec SENSe)
B. Braun
Stimuplex® HNS 11
(remplacé par HNS 12)
B. Braun
Stimuplex DIGRC
B. Braun
Capteur multistimulation
Pajunk
Multistimulation
Vario Pajunk
Multistimulation
Plex Pajunk
Plexigone
Vygon
Polystimul II
Polymédic
Traceur III
Technologie de la vie
NeuroTrace
III / NEM 300
HDC/Xavant
sans souci
Réglage de l'amplitudeCadran numérique, 1 ou 2 tours pour pleine échelleCadran analogiqueCadran analogiqueCadran numériqueTouches haut/basTouches haut/basTouches numériques haut/basCadran analogiqueCadran analogiqueTouches haut/bas
Taille d'affichage [LxH, mm] / typeLCD graphique 62 × 41LCD standard 50 × 2021 × 8 LED rougesLCD personnalisé 47 × 36LCD personnalisé 47 × 18LCD personnalisé 47 × 18LCD personnalisé 47.5 × 33.5LCD standard 50 × 20LCD standard 50 × 20LCD graphique 41 × 22
Plage de courant [mA]0-1
0-5
0-1
0-5
0.2-50-6
0-60 (uniquement pour la cartographie nerveuse, max. 1 kOhm)
0-6
0-60 (uniquement pour TENS, max. 1.3 kOhm)
0-60-6 (à 0.05 ms)
0-5 (à 0.15 ms)
0-4 (à 0.3 ms)
0-1
0-5
0.05-5
0.05-1.5
(avec pédale)
0.1-5
0-20 (cartographie nerveuse)
0-80 (DIZAINES)
Max. tension de sortie [V]956132658080487260400 (pour TENS)
Max. charge de sortie (impédance) nominale/max.12/17 kOhm (5 mA)
90 kOhms (1 mA)
12/12 kOhm (mA)
60 kOhms (mA)
6/6 kOhm (5 mA)
30 kOhms (mA)
12/13 kOhm (5 mA)
65 kOhms (1 mA)
12/15 kOhm (5 mA)
80 kOhms (1 mA)
12/15 kOhm (5 mA)
80 kOhms (1 mA)
9/9 kOhm (5 mA)
48 kOhms (1 mA)
10/13 (5mA)
72 kOhms (1 mA)
12/11 kOhm (5 mA)80 kOhms (5 mA)
(pour TENS)
Durée d'impulsion [ms]0.05
0.1
0.3
0.5
1.0
0.1
0.3
1.0
0.10.05
0.1
0.2
0.3
0.5
1.0
0.1
0.3
0.5
1.0
0.10.05
0.15
0.3
0.1
0.3
1.0
0.05
0.1
0.3
0.5
1.0
0.04-0.200
Fréquence de stimulation [Hz]1, 2, 3 (SENSE)1, 21, 21, 21, 2, TOF,
50 Hz, 100 Hz
1, 21, 2, 41, 2, 3, 4, 51, 21, 2 TOF, DB,
50 Hz, 100 Hz
Affichage du courant du patientOUIOUI activé par cléNONOUIOUI activé par cléNONOUIOUINONNON
Affichage du courant régléOUI
si le courant patient est inférieur
OUI
activé par clé
OUI
clignote si le courant patient est inférieur
OUI
si la touche PAUSE est enfoncée ou si le cadran est tourné
OUI
activé par clé
OUI
(Permanent)
OUI
si le cadran est tourné
OUI
activé par clé
OUIOUI
aucune indication si le courant du patient s'écarte de la valeur affichée
Affichage de la durée d'impulsion (ms)OUIOUI touche LED-OUIOUI-OUIOUI touche LEDOUINON
Affichage de l'impédance0-90 kOhmNONNONNONNONNONNONNONNONNON
Affichage de la charge (nC)En option, en plus de l'affichage de mANONNONNONNONNONAlternative à mANONNONNON
Signaux d'alarmeSons spéciaux d'alarme et d'avertissement ;
LED (rouge/jaune/vert), affichage des messages texte respectifs
Changement de tonalité et la LED arrête de clignoter lorsqu'il n'y a pas de courant, icône d'affichagePas de tonalité et pas de flash LED jaune si pas de courant ; affichage clignotant si le courant est inférieur au réglageChangement de tonalité du bip si pas de courant, icône d'affichageChangement de tonalité de bip, symbole d'affichage, LED s'arrête de clignoter si pas de courantChangement de tonalité de bip, symbole d'affichage, LED s'arrête de clignoter si pas de courantTonalité constante si circuit ouvert, affichage clignotant si le courant est inférieur au réglageLa tonalité de clic change, la LED cesse de clignoter lorsque le courant est inférieur à la valeur définieAffichage clignotant et bips sonores en circuit ouvertTonalité chirp et symbole d'affichage pour circuit ouvert ; aucune indication si le courant est inférieur au réglage
Avertissement d'amplitude de seuilAcoustique, LED jaune et affichage de message texteNONNONNONNONNONNONNONNONNON
Menu pour la configuration et les fonctionnalitésOUI, menu plein texte, 26 languesNONNONNON (configuration sans menu)NONNONNONNONNONOUI, texte limité
Cartographie nerveuse percutanéeOUI
stylo stimulant
OUI
stylo stimulant
NONOUI
Stylo + sonde bipolaire
NONNONNONNONNONOUI
Stylo NeuroMap
Remote controlTélécommande portableNONTélécommande portableNONNONNONNONNONPédale RCNON
Consommation d'énergie à la sortie 5 mA [mA]3.63.6 (touches LED éteintes)6.04.84.25.015.511.8 (touches LED éteintes)Pas de données5.7
Taille H × L × P [mm]157 × 81 × 35145 × 80 × 39126 × 77 × 38120 × 65 × 22121 × 65 × 22122 × 65 × 22200 × 94 × 40245 × 80 × 39153 × 83 × 57125 × 80 × 37
Poids avec batterie [g]277266210167168169251247275235
Remarque : Modèles de stimulateurs nerveux, caractéristiques et disponibilité, juillet 2008.

Aiguilles stimulantes

Une aiguille stimulante moderne devrait avoir les caractéristiques suivantes :

  • Un moyeu et un arbre d'aiguille entièrement isolés pour éviter les fuites de courant
  • Marquages ​​de profondeur pour une identification et une documentation faciles de la profondeur d'insertion de l'aiguille

Les figures 9A et 9B montrent une comparaison des caractéristiques électriques des aiguilles non isolées et isolées avec biseau non revêtu (Figure 9A) et des aiguilles entièrement enrobées avec une électrode ponctuelle (Figure 9B). Même si une aiguille non isolée permet une certaine discrimination (changement d'amplitude de seuil) lors de l'approche du nerf, il n'y a pratiquement aucune capacité de discrimination une fois que la pointe de l'aiguille a dépassé le nerf. Par conséquent, la discrimination spatiale près du nerf est plus précise dans les aiguilles avec une pointe d'électrode ponctuelle (Figure 9B) par rapport aux aiguilles à biseau non revêtu (Figure 9A).

FIGURE 9. A : Amplitude seuil obtenue avec une aiguille non enrobée et une aiguille enrobée avec un biseau non enrobé. B : Amplitude de seuil obtenue avec une aiguille entièrement enduite et une électrode ponctuelle.

Connecteurs RF

Les connecteurs et les câbles doivent être entièrement isolés et inclure un connecteur de sécurité pour éviter les fuites de courant ainsi que le risque de charge électrique si l'aiguille n'est pas connectée au stimulateur. Une tubulure d'extension avec un connecteur Luer Lock doit être présente pour la technique de l'aiguille immobile.

Visualisation de l'aiguille sous échographie

L'imagerie échographique étant de plus en plus utilisée (notamment avec l'utilisation de la technique du « double guidage »), l'importance d'une bonne visualisation de l'aiguille du bloc nerveux devient une caractéristique supplémentaire importante. La visibilité (signal de réflexion distinct) de la pointe de l'aiguille est certainement l'aspect le plus important car c'est la partie de l'aiguille qui est placée dans la zone cible à côté du nerf. Cependant, en particulier lors de l'utilisation de l'approche dans le plan, la visibilité de la tige de l'aiguille est également intéressante car elle aide à aligner correctement l'aiguille avec le faisceau d'ultrasons pour visualiser toute la longueur jusqu'au nerf cible.

Cathéters stimulants

En principe, les cathéters de stimulation fonctionnent comme des aiguilles isolées. Le corps du cathéter est fabriqué à partir de matière plastique isolante et contient généralement un fil métallique à l'intérieur, qui conduit le courant vers son électrode de pointe exposée. Habituellement, ces cathéters de stimulation sont placés à l'aide d'une aiguille de bloc nerveux continue, qui est placée en utilisant d'abord une stimulation nerveuse comme décrit. Il agit comme une aiguille d'introduction pour le cathéter. Une fois cette aiguille placée à proximité du nerf ou du plexus à obstruer, le cathéter stimulant y est introduit, et le stimulateur nerveux est relié au cathéter. La stimulation à travers le cathéter doit reconfirmer que l'extrémité du cathéter est positionnée à proximité immédiate du ou des nerfs cibles. Cependant, il faut noter que les courants de seuil avec des cathéters de stimulation peuvent être considérablement plus élevés. L'injection d'anesthésique local ou de solution saline (qui est fréquemment utilisée pour élargir l'espace pour enfiler plus facilement le cathéter) doit être évitée car cela peut augmenter considérablement le courant de seuil et peut même empêcher une réponse motrice. D5W peut être utilisé pour éviter de perdre une réponse motrice. Depuis l'introduction de la surveillance par ultrasons de la distribution de l'anesthésique local après le placement de l'aiguille ou du cathéter, les cathéters de stimulation sont devenus presque obsolètes. En effet, le test ultime du placement de la pointe du cathéter dans la position thérapeutique est la distribution de l'injectat dans le plan tissulaire qui contient le nerf ou le plexus. Étant donné que le cathéter de stimulation peut être placé dans la bonne position sans obtenir la réponse motrice, l'utilisation de la stimulation à travers le cathéter entraînera souvent une manipulation inutile de l'aiguille et du cathéter. La surveillance de la stimulation nerveuse de l'injection unique ou du placement continu de l'aiguille est utile pour éviter le contact aiguille-nerf ou le placement intraneural et aider à réduire le risque d'inflammation nerveuse ou d'injection intraneurale et de blessure consécutive. En revanche, les cathéters sont flexibles et très peu susceptibles de provoquer un traumatisme nerveux ou d'être insérés dans un fascicule.

Conseils NYSORA

  • Utilisez une stimulation nerveuse par courant de faible intensité (0.5 mA) avec des blocs nerveux guidés par ultrasons et ne modifiez pas l'intensité du courant pendant la procédure.
  • Pour les blocs nerveux guidés par un stimulateur nerveux, ajustez l'amplitude du courant de stimulation : 1 mA (blocs superficiels), 2 mA (blocs plus profonds) (par exemple, compartiment du psoas et blocs sciatiques profonds), 0.1 ms.
  • Ne pas injecter si le courant de seuil est de 0.2 à 0.3 mA ou moins (0.1 ms) ou si la pression d'injection d'ouverture.

Pour un examen plus complet, continuez à lire: Surveillance, documentation et consentement pour les procédures d'anesthésie régionale.

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ANNEXE : GLOSSAIRE DES PARAMÈTRES PHYSIQUES

Tension, potentiel, courant, résistance/impédance

La tension U est la différence de potentiel électrique entre deux points portant différentes quantités de charge positive et négative. Elle est mesurée en volts (V) ou en millivolts (mV). La tension peut être comparée au niveau de remplissage d'un réservoir d'eau, qui détermine la pression à la sortie inférieure (Figure 10A). Dans les stimulateurs nerveux modernes utilisant des sources de courant constant, la tension est adaptée automatiquement et ne peut pas (ou n'a pas besoin d'être) influencée par l'utilisateur.

Le courant I est la mesure du flux d'une charge positive ou négative. Elle est exprimée en ampères (A) ou en milliampères (mA). Le courant peut être comparé au débit d'eau. Une charge totale Q appliquée à un nerf est égale au produit de l'intensité I du courant appliqué et de la durée t de l'impulsion carrée du courant : Q = I × t.

L'intensité de courant minimale I requise pour produire un potentiel d'action peut être exprimée par la relation où t est la durée de l'impulsion, c est la constante de temps de la membrane nerveuse liée à la chronaxie.

La résistance électrique R limite le passage du courant à une tension donnée (voir loi d'Ohm) et se mesure en ohms (Ω) ou kilo-Ohms (kΩ).

S'il y a une capacité en plus de la résistance d'Ohm impliquée (ce qui est le cas pour n'importe quel tissu), la résistance devient une résistance ou impédance dite complexe. La principale différence entre les deux est que la valeur de l'impédance dépend de la fréquence de la tension/du courant appliqué, ce qui n'est pas le cas pour une résistance d'Ohm. En pratique clinique, cela signifie que l'impédance du tissu est plus élevée pour les basses fréquences (c'est-à-dire une longue durée d'impulsion) et plus faible pour les fréquences plus élevées (c'est-à-dire une courte durée d'impulsion). Par conséquent, une source de courant constant (qui délivre des impulsions de plus longue durée, par exemple 1 ms contre 0.1 ms) doit avoir un étage de sortie plus puissant (tension de sortie plus élevée) pour compenser l'impédance tissulaire plus élevée impliquée et pour fournir le courant souhaité. Cependant, les principes de base de la loi d'Ohm restent les mêmes.

Loi d'Ohm

La loi d'Ohm décrit la relation entre la tension, la résistance et le courant selon l'équation


ou à l'inverse,

Cela signifie que, à une tension donnée, le courant change avec la résistance. Si un courant constant doit être atteint (comme nécessaire pour la stimulation nerveuse), la tension doit s'adapter à la résistance variable de l'ensemble du circuit électrique. Pour la localisation nerveuse en particulier, la tension doit s'adapter à la résistance de la pointe de l'aiguille, de l'interface électrode-peau et des couches de tissu. Une source de courant constant le fait automatiquement. La loi d'Ohm et le principe fonctionnel d'une source de courant constant sont illustrés dans Figures 10A, 10B et 10C.

FIGURE 10. Loi d'Ohm et principe d'une source de courant constant. Principe de fonctionnement d'une source à courant constant. A : faible résistance R1 nécessite la tension U1 pour atteindre le courant désiré I1.B : R haute résistance2 = 2 × R1 fait chuter le courant I à I2 = I1/2 si la tension U reste constante (U2 = U1). C : la source de courant constant augmente automatiquement la tension de sortie à U3 = 2 × U1 pour compenser la résistance plus élevée R2; par conséquent, le courant I augmente jusqu'au niveau souhaité de I3 = I1

Loi de Coulomb, champ électrique, densité de courant et charge

Selon la loi de Coulomb, l'intensité du champ électrique, et donc la densité de courant correspondante J, en fonction de la distance à la source de courant est donnée par où k est une constante, et I0 est le courant initial. Cela signifie que le courant (ou charge) qui atteint le nerf diminue d'un facteur 4 si la distance au nerf est doublée, ou à l'inverse, il augmente d'un facteur 4 si la distance est divisée par deux (conditions idéales assumé).

La charge Q est le produit du courant multiplié par le temps et est donnée en ampères-secondes (As) ou coulombs (C). A titre d'exemple, les batteries rechargeables ont souvent une indication Ah ou mAh comme mesure de leur capacité de charge (kilo = 1000 ou 103; milli = 0.001 ou 10-3; micro = 0.000001 ou 10-6; nano = 0.000000001 ou 10-9).

Énergie des impulsions électriques délivrées par les stimulateurs nerveux et effets de température associés

Selon un calcul du pire scénario, l'augmentation de température provoquée par un stimulus de courant de 5 mA et de durée de 1 ms à une tension de sortie maximale de 95 V serait inférieure à 0.5 C si toute l'énergie était concentrée dans un un petit volume de seulement 1 mm3 et aucune dissipation de température dans les tissus environnants ne s'est produite. Ce calcul peut être appliqué pour la pointe d'une aiguille de stimulation nerveuse.

L'énergie maximale E de l'impulsion électrique délivrée par un stimulateur nerveux courant serait

E ≤ U × I × t = 95 V × 5 mA × 1 ms = 0.475 mWs = 0.475 mJ

L'équivalent calorique de l'eau est cw = 4.19 J g-1 K-1.

Un stimulus crée une différence de température DT dans 1 mm3 de tissu autour de la pointe d'une aiguille de stimulation nerveuse. Pour le calcul qui suit, on suppose que le tissu contient au minimum 50% d'eau, et la masse M de 1 mm3 de tissu est de 1 mg.

DT ≤ 2 × E/(M × cw) = 2 × 0.475 × 10-3 J/(10-3 g × 4.19 g/K) = 0.45 K

C'est-à-dire que l'augmentation maximale de la température dans ce calcul du pire scénario est inférieure à 0.5 C. En pratique, cela signifie que l'effet de la température de la stimulation nerveuse normale sur le tissu peut être négligé.