Cơ chế tác động

GIỚI THIỆU

Nguồn gốc và sự phát triển ban đầu của phương pháp Đốt sóng cao tần (RFA)

Đốt sóng cao tần (Radiofrequency ablation - RFA) là một phương pháp đặc biệt được sử dụng để điều trị nhiều tình trạng bệnh lý khác nhau.

Nền tảng khoa học (Cuối thế kỷ 19)

Nguyên lý của RFA được mô tả lần đầu tiên vào năm 1891 bởi bác sĩ và nhà vật lý người Pháp Jacques-Arsene D’Arsonval. Nghiên cứu của ông tập trung vào dòng điện xoay chiều và các tác động sinh lý của chúng. Ông đã chứng minh được một điều quan trọng: dòng điện xoay chiều có tần số lớn hơn 5000 Hz không gây co cơ hay kích thích thần kinh, không giống như các cú sốc điện khác. Phát hiện này đã đặt nền móng cho lĩnh vực liệu pháp điện và sau này là sự phát triển của phương pháp trị liệu bằng nhiệt sâu.

Những ứng dụng đầu tiên (Đầu thế kỷ 20)

Đến đầu những năm 1900, sóng cao tần (RF) đã được ứng dụng trong y học, bao gồm:

• Điều trị các khối u bàng quang bằng cách đốt cầm máu qua ống nội soi bàng quang.

• Sử dụng kỹ thuật đốt khô để điều trị các khối u ác tính có thể tiếp cận bằng phẫu thuật nhỏ.

Có lẽ ứng dụng nổi tiếng nhất của RF trong giai đoạn này là dao Bovie, được giới thiệu vào năm 1928 bởi nhà khoa học người Mỹ William T. Bovie và Harvey Cushing (người được coi là cha đẻ của ngành phẫu thuật thần kinh hiện đại).

Dao Bovie thế hệ đầu tiên là một điện cực đơn cực, tương tự như các điện cực được sử dụng trong các kỹ thuật RF qua da ngày nay. Thiết bị này tạo ra dòng điện xoay chiều từ một điện cực nhỏ giống như lưỡi dao và một tấm tiếp đất lớn.

• Dòng điện liên tục tạo ra hiệu ứng cắt của dao Bovie.

• Dòng điện xung (hoặc tắt dần) tạo ra hiệu ứng đốt cầm máu.

Ứng dụng trong điều trị đau (Thập niên 1930)

Năm 1931, một bác sĩ phẫu thuật người Đức, Martin Kirschner, đã nghiên cứu một phương pháp mới để điều trị chứng đau dây thần kinh sinh ba bằng cách sử dụng khung cố định đầu và đốt nhiệt hạch Gasser. Đây có lẽ là ứng dụng đầu tiên của RFA trong điều trị đau mạn tính và cũng là ca phẫu thuật định vị không gian (stereotactic) đầu tiên được thực hiện trên người.

Thương mại hóa (Thập niên 1950 - 1960)

Công trình của Kirschner đã được các nhà khoa học như B.J. Cosman, S. Aronow, và O.A. Wyss phát triển thêm trong những năm 1950 và 1960, cuối cùng dẫn đến sự ra đời của các máy RFA thương mại đầu tiên trên thị trường.

CƠ CHẾ

Nguyên lý Hoạt động của Sóng Tần số Vô tuyến (RF)

Sóng tần số vô tuyến (hay còn gọi là sóng radio, viết tắt là RF) là một phần của phổ điện từ (EM), có dải tần số từ 3 Hz đến 300 GHz. Dải tần này lại được chia nhỏ hơn nữa, từ tần số cực thấp đến tần số cực cao. Khi sóng RF đi vào cơ thể người, chúng có thể tạo ra nhiệt.

Lượng nhiệt được tạo ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

• Thời gian chiếu sóng: Chiếu càng lâu, càng nóng.

• Tần số sử dụng: Tần số khác nhau mang năng lượng khác nhau.

• Hình dạng thiết bị phát sóng: Ví dụ, các đầu dò RF hiện đại thường có kích thước nhỏ, giúp tập trung năng lượng ở mức độ cao ngay tại vị trí đầu dò. Ngược lại, miếng đệm tiếp đất (tấm điện cực nối đất) có bề mặt lớn tiếp xúc với mô, làm cho năng lượng được dàn trải ra, nhờ đó thường không gây bỏng tại vị trí đặt miếng đệm. Mạch điện khép kín này (từ đầu dò đến miếng đệm tiếp đất) là yếu tố cốt lõi để phương pháp đốt sóng cao tần (RFA) hoạt động.

Đốt Sóng Cao Tần (Radiofrequency Ablation - RFA)

Nhìn chung, tất cả các hệ thống RFA đều được thiết kế để gây hoại tử (làm chết) các mô tại vị trí đặt đầu dò. Quá trình này bắt đầu với các phân tử nước trong mô ngay sát đầu dò. Trường điện từ, với tâm điểm là đầu dò, khiến các phân tử nước gần đó tự sắp xếp theo hướng của trường. Vì hướng của trường điện từ thay đổi cực nhanh, các phân tử nước sẽ rung động mạnh. Sự ma sát giữa các phân tử rung động này tạo ra nhiệt và làm tăng nhiệt độ tại chỗ.

Một điểm quan trọng cần lưu ý là bản thân đầu dò không nóng lên hay tự tạo ra nhiệt. Chính sự rung động của các phân tử mô đã sinh ra nhiệt.

Khi nhiệt độ gần đạt đến 50°C, mô của con người bắt đầu bị bỏng nhanh chóng.

• Ở 55°C, mô của động vật có vú sẽ chết trong vòng 2 giây.

• Ở 100°C, mô chết ngay lập tức và bị cháy thành than ở vùng tiếp xúc với đầu dò.

Thời gian đốt càng dài thì khối lượng mô bị đốt cháy (hoại tử) càng lớn. Vì vậy, cả nhiệt độ và thời gian đốt đều là những yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi thực hiện thủ thuật RFA.

Các loại RFA và Thông số Kỹ thuật

1. RFA Liên tục (Continuous RFA):

   • Các thiết bị RF liên tục hiện đại sử dụng năng lượng ở tần số 0,1–1 MHz để tạo ra tổn thương do nhiệt.

   • Trước khi đốt, bác sĩ sẽ dùng kích thích cảm giác (ở tần số 50 Hz, dưới 0,5V) để gây ra cảm giác đau hoặc dị cảm (tê rần, kiến bò) đúng tại vùng cần điều trị, nhằm xác định chính xác vị trí.

   • Sau đó, họ dùng kích thích vận động (thường ở tần số 2 Hz) để đảm bảo đầu dò đặt đúng chỗ và không làm tổn thương các dây thần kinh vận động.

   • Khi đốt, tổn thương được duy trì ở nhiệt độ 60–90°C trong vòng 60–90 giây.

2. RFA được Làm mát (Cooled RFA):

   • Một trong những hạn chế của RFA truyền thống là bán kính của vùng đốt khá nhỏ. Để đốt một vùng lớn hơn, cần thời gian lâu hơn hoặc năng lượng cao hơn, nhưng cả hai cách này đều làm tăng trở kháng (sự cản trở dòng điện) ở lõi của vùng đốt, khiến việc thực hiện trở nên khó khăn.

   • RFA được làm mát là giải pháp cho vấn đề này. Các đầu dò được truyền một dòng chất lỏng để làm mát mô ở trung tâm vùng đốt. Điều này cho phép tạo ra các vùng đốt lớn hơn đáng kể. Ví dụ, một nghiên cứu năm 2017 trên gan bò cho thấy RFA được làm mát tạo ra vùng đốt có kích thước trung bình là 5,5 cm x 5,3 cm, lớn hơn nhiều so với RFA truyền thống (3,6 cm x 2,7 cm).

3. RFA Dạng Xung (Pulsed RFA - PRF):

   • Ngược lại với hai loại trên, PRF chỉ làm nóng mô đến nhiệt độ từ 42°C trở xuống.

   • Cơ chế giảm đau của PRF vẫn đang được nghiên cứu làm rõ. Có một vài giả thuyết được đưa ra:

     • Tạo tổn thương vi thể: PRF có thể tạo ra những tổn thương cực nhỏ, ưu tiên tác động lên các sợi thần kinh nhỏ chuyên dẫn truyền cảm giác đau (sợi A-delta và C).

     • Kích thích hệ thống giảm đau tự nhiên: PRF có thể kích thích các sợi thần kinh ức chế cơn đau từ não bộ đi xuống.

     • Giảm viêm: PRF được chứng minh là làm giảm một số chất gây viêm (như TNF-alpha và interleukin-6).

     • Điều hòa hoạt động thần kinh: PRF có thể làm giảm hoạt động của các tế bào thần kinh đệm nhỏ (microglia) ở sừng sau tủy sống, vốn có vai trò trong việc duy trì cơn đau.

   • Thông số kỹ thuật của PRF: Các tín hiệu PRF có thời gian xung từ 10-30 mili giây và tần số lặp lại từ 1-8 Hz. Dòng điện cao thế được truyền theo chu kỳ: chạy trong 20 mili giây, với tần số 2 Hz, kéo dài trong 120 giây. Điện áp được kiểm soát để đảm bảo nhiệt độ cao nhất luôn dưới 42°C.

Nhiệt độ sẽ giảm dần khi càng đi ra xa khỏi đầu dò điện cực RF, tạo ra 3 vùng tác động khác nhau:

1. Vùng Trung tâm: Hoại tử đông (Coagulation necrosis) - Nhiệt độ ≥ 50°C

Đây là vùng nằm sát nhất với đầu dò điện cực, nơi có nhiệt độ cao nhất. Tại đây, các tế bào bị phá hủy hoàn toàn và không thể phục hồi (hoại tử). Các hiệu ứng sinh học chính bao gồm:

• Sụp đổ màng tế bào (Cell membrane collapse): Màng bảo vệ bên ngoài của tế bào bị phá vỡ.

• Biến tính protein (Protein denaturation): Cấu trúc của các protein trong tế bào bị thay đổi và mất chức năng (tương tự như lòng trắng trứng khi bị đun nóng).

• Ngưng trệ chức năng enzyme (Halt in enzyme function): Các enzyme, vốn là các protein xúc tác cho phản ứng hóa học, ngừng hoạt động.

• Rối loạn chức năng ty thể (Mitochondrial dysfunction): "Nhà máy năng lượng" của tế bào bị hỏng, khiến tế bào không thể tạo ra năng lượng để sống.

Tóm lại: Vùng này là vùng mục tiêu bị tiêu diệt hoàn toàn.

2. Vùng Chuyển tiếp: Tổn thương dưới ngưỡng gây chết (Sublethal damage) - Nhiệt độ 41–45°C

Đây là vùng đệm giữa vùng bị phá hủy và vùng mô khỏe mạnh. Nhiệt độ ở đây đủ để gây tổn thương nhưng chưa đủ để giết chết tế bào ngay lập tức. Các hiệu ứng bao gồm:

• Ngưng lại quá trình trao đổi chất (Halted metabolism): Hoạt động sống của tế bào tạm thời dừng lại.

• Suy giảm khả năng sửa chữa DNA (Impaired DNA repair): Tế bào mất khả năng tự sửa chữa các lỗi trong bộ gen của nó.

• Tổn thương mô tại chỗ (Local tissue damage): Tế bào giải phóng các chất hóa học như Hyaluronic, Chemokine, và Cytokine, thường là các tín hiệu gây viêm.

• Sung huyết (Hyperaemia) trong mạch máu: Lưu lượng máu đến khu vực này tăng lên, dẫn đến:

  • Tăng lượng oxy (O2​).

  • Tăng độ nhạy cảm với xạ trị.

  • Tăng các gốc oxy phản ứng (các phân tử có thể gây hại thêm cho tế bào).

  • Tăng sự lưu thông của các loại thuốc được bao bọc trong liposome.

Tóm lại: Tế bào ở vùng này bị "stress" và tổn thương. Vùng này trở nên nhạy cảm hơn và dễ bị tiêu diệt hơn bởi các phương pháp điều trị bổ trợ như hóa trị hoặc xạ trị.

3. Vùng Ngoài cùng: Mô bình thường (Normal tissue) - Nhiệt độ ≤ 40°C

Đây là vùng ngoài cùng, xa đầu dò nhất, nơi nhiệt độ gần như không thay đổi so với nhiệt độ cơ thể bình thường.

• Tế bào còn nguyên vẹn (Intact cells): Các tế bào ở đây hoàn toàn khỏe mạnh và không bị ảnh hưởng.

• Kháng nguyên của khối u (Tumor antigens): Các mảnh vỡ protein từ các tế bào khối u đã chết ở vùng trung tâm có thể trôi ra đến đây. Điều này có khả năng kích thích hệ miễn dịch của cơ thể nhận diện và tấn công các tế bào ung thư còn sót lại.

Tóm lại: Đây là vùng mô lành không bị tác động bởi nhiệt.

MÁY RFA

Những chiếc máy đốt sóng cao tần (RF) đầu tiên do Cosman, Aronow, và Wyss chế tạo đã sử dụng nguồn năng lượng RF dạng sóng liên tục ở tần số 0,1–1 MHz để tạo ra các tổn thương do nhiệt (tức là đốt cháy mô).

Kể từ đó, các nhà khoa học và kỹ sư đã thay đổi nhiều yếu tố khác nhau để tối ưu hóa hiệu quả của việc đốt. Các yếu tố này bao gồm:

• Hình dạng và đường kính của đầu điện cực.

• Chiều dài của phần đầu điện cực không có vỏ bọc cách điện (đây là phần trực tiếp truyền năng lượng vào mô).

• Nhiệt độ của quá trình đốt.

• Thời gian diễn ra quá trình đốt.

Khi những yếu tố này được điều chỉnh, chúng sẽ tạo ra những hình dạng tổn thương (vùng đốt) đặc trưng và khác nhau (như được minh họa trong Hình 2.5)

Cấu tạo và Công suất của Thiết bị Đốt sóng cao tần (RFA) 

Một bộ thiết bị RFA điển hình bao gồm ba phần chính:

1. Điện cực (Electrode): Phần đầu dò được đưa vào cơ thể.

2. Tấm đệm tiếp đất (Grounding pad): Một miếng dán lớn trên da bệnh nhân để hoàn thành mạch điện.

3. Máy phát (Generator): Cung cấp năng lượng cho điện cực.

Đã có một sự tiến hóa đáng kể về công suất của các máy này. Các máy phát điện thế hệ đầu chỉ tạo ra công suất tối đa 50 W. Ngược lại, các máy phát hiện đại có thể tạo ra công suất lên tới 250 W, truyền dòng điện xoay chiều tần số cao (lên đến 500 kHz) qua các điện cực RF.

Cơ chế Gây hoại tử và "Nhiệt độ Gây chết"

Trong hệ thống này, điện cực RF đóng vai trò là cực âm (cathode). Như đã được mô tả ở phần trước, sự tập trung năng lượng cao trong các mô gần cực âm làm cho nhiệt độ tăng lên.

Khi nhiệt độ đạt khoảng 50°C, quá trình hoại tử (chết tế bào) sẽ diễn ra nhanh chóng. Mức nhiệt này đôi khi được gọi là "nhiệt độ gây chết" (lethal temperature), và ở nhiệt độ này, mô thường sẽ bị hoại tử trong vòng 20 giây.

Trong khi đó, nhiệt độ xung quanh tấm đệm tiếp đất không hề tăng lên.

Vấn đề Cháy than và Hạn chế của nó

Có một vấn đề quan trọng cần lưu ý: Nếu mô xung quanh đầu điện cực bị làm nóng lên đến nhiệt độ cao quá nhanh, mô sẽ bị cháy thành than (charred).

Lớp mô bị cháy thành than này hoạt động như một lớp rào cản cách điện, cản trở khả năng dẫn truyền của mô. Điều này làm giới hạn sự truyền của cả bức xạ điện từ và nhiệt vào sâu hơn. Kết quả là, quá trình đốt sẽ bị dừng lại và vùng mô bị phá hủy không thể mở rộng thêm được nữa.

Các Biến thể của Kim/Điện cực

Ngoài các loại kim (needle), điện cực (electrode) và ống luồn/canuyn (cannula) với kích thước và hình dạng truyền thống, một số nhà sản xuất còn tạo ra các biến thể độc đáo với những tính năng chuyên biệt.

Dưới đây là mô tả về các sản phẩm này:

CÁC BIẾN THỂ VỀ KÍCH THƯỚC

• Boston Scientific

  • Hãng này sản xuất các điện cực có độ dài 5 cm, 10 cm, 15 cm, và 20 cm. Chúng được mã hóa bằng màu sắc để giúp bác sĩ dễ dàng sử dụng với các loại canuyn tương ứng.

  • Điện cực RF tiêm tích hợp (unified RF injection electrode) là một sản phẩm độc đáo của Boston Scientific. Đây là một bộ dụng cụ dùng một lần, tất cả trong một, bao gồm cả canuyn, điện cực và ống tiêm. Thiết kế này giúp giảm thiểu sự dịch chuyển của canuyn trong quá trình làm thủ thuật.

• Venom

  • Được thiết kế để sử dụng với hệ thống máy MultiGen 2 RF của hãng Stryker.

  • Hệ thống đầu dò và canuyn này sử dụng một đầu hoạt động hình chữ V. Thiết kế này giúp tăng diện tích bề mặt hoạt động của đầu đốt mà không cần tăng kích thước (đường kính) của canuyn.

  • Các điện cực được làm bằng vật liệu nitinol (một loại hợp kim có khả năng nhớ hình dạng).

  • Thiết kế có một cổng phụ bên hông cho phép đưa thuốc gây tê cục bộ đến vùng mục tiêu hiệu quả hơn.

CÁC BIẾN THỂ VỀ ĐẦU DÒ (PROBE)

• Simplicity™

  • Đây là loại đầu dò có thiết kế khép kín, không cần ống dẫn đường (introducer), giúp quy trình thực hiện đơn giản hơn.

  • Nó có ba vùng hoạt động trên cùng một đầu dò, giúp giảm thời gian làm thủ thuật.

  • Đầu dò này chuyên dùng để triệt thần kinh vùng khớp cùng chậu (sacroiliac region), bao gồm các dây thần kinh ngoại biên ở các đốt sống S1–S4.

  • Nó được thiết kế để tạo ra một dải đốt liên tục, không có khoảng trống, đảm bảo hiệu quả triệt thần kinh tối đa.

  • Tính linh hoạt của nó cho phép bác sĩ dễ dàng điều khiển. Ngoài ra, nó cũng có thể tạo ra các tổn thương nhỏ hơn bằng cách chỉ kích hoạt điện cực ở đầu xa và giữa.

BIẾN THỂ VỀ CANUYN (CANNULA)

• Boston Scientific

  • Hãng này sản xuất nhiều loại canuyn chuyên dùng cho các thủ thuật dưới sự hướng dẫn của siêu âm.

  • Chúng được bọc cách điện bằng silicon để tăng cường độ trơn, giúp việc đưa kim vào cơ thể dễ dàng hơn.

  • Có nhiều loại để lựa chọn, bao gồm: dạng thẳng sắc, dạng cong sắc, và dạng cong tù (đầu không sắc).