ในชีววิทยาประสาทการกระตุ้นแบบเททานิกประกอบด้วยลำดับความถี่สูงของการกระตุ้นเซลล์ประสาท แต่ละ เซลล์^{[ 1 ]}ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเสริมฤทธิ์

การกระตุ้นด้วยความถี่สูงทำให้เกิดการปล่อยสารสื่อประสาทเพิ่มขึ้น ซึ่งเรียกว่าpost-tetanic potentiation (Kandel 2003) เหตุการณ์ก่อนซิแนปส์นี้เกิดจากการไหลเข้าของแคลเซียม ปฏิกิริยาระหว่างแคลเซียมกับโปรตีนจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการปล่อยเวสิเคิ ล ผลของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้คือทำให้เซลล์หลังซิแนปส์มี แนวโน้ม ที่จะสร้างศักย์ ไฟฟ้าได้มากขึ้น

การกระตุ้นแบบเททานิกใช้ในทางการแพทย์เพื่อตรวจจับการปิดกั้นที่ไม่ทำให้เกิดการดีโพลาไรเซชันหรือการปิดกั้นที่ทำให้เกิดการดีโพลาไรเซชันที่จุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อ^{[ 2 ]}พบว่าการกระตุ้นแบบเททานิกที่ลดลงในกล้ามเนื้อที่แก่ชราเกิดจากระดับพลังงานแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่ลดลงในกล้ามเนื้อโครงร่าง

การกระตุ้นแบบเททานิกอาศัยการรวมตัวตามเวลา ซึ่งเป็นกระบวนการทางสรีรวิทยาที่ศักยภาพการกระทำต่อเนื่องเกิดขึ้นก่อนที่กล้ามเนื้อจะคลายตัวอย่างสมบูรณ์ แรงกระตุ้นซ้ำๆ เหล่านี้ทำให้เกิดการรวมตัวของความตึงเครียดของกล้ามเนื้อซึ่งรักษาการหดตัว เมื่อเซลล์ประสาทสั่งการส่งกระแสไฟฟ้าอย่างรวดเร็วไปยังกล้ามเนื้อที่จุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อ การกระตุ้นแบบเททานิกจะเกิดขึ้นโดยอาศัยการไหลเข้าของแคลเซียมที่เพิ่มขึ้น ซึ่งกระตุ้นการปล่อยสารสื่อประสาทและในที่สุดก็เกิดการเสริมฤทธิ์หลังเททานิก^{[ 3 ]}

ที่จุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อ กระแสไฟฟ้าแต่ละครั้งจะกระตุ้นการปล่อยอะเซทิลโคลีน ซึ่งเป็นสารสื่อประสาทที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมกล้ามเนื้อโดยสมัครใจ ความจำ และหน้าที่ควบคุม จากถุงก่อนไซแนปส์เข้าไปในช่องว่างไซแนปส์ ในระหว่างการกระตุ้นความถี่สูงที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นแบบเททานิก ไอออนแคลเซียมจะสะสมเนื่องจากอัตราการไหลเข้าของแคลเซียมที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับอัตราการกำจัดที่ลดลงโดยระบบบัฟเฟอร์ทางสรีรวิทยา การมีอยู่ของไอออนเหล่านี้อย่างต่อเนื่องจะส่งเสริมการหลอมรวมของถุงและการปล่อยอะเซทิลโคลีนเพิ่มเติม ซึ่งในที่สุดจะขยายการตอบสนองหลังไซแนปส์^{[ 3 ]}

กลไกนี้ทำให้เกิดการเสริมความแข็งแรงของไซแนปส์หลังการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า (Post-tetanic potentiation หรือ PTP) ซึ่งเป็นการเพิ่มความแข็งแรงของไซแนปส์ชั่วคราว (ไม่กี่วินาทีถึงไม่กี่นาที) ที่เกิดขึ้นหลังจากช่วงเวลาหนึ่งของการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าความถี่สูง ปัจจุบันเชื่อกันว่า PTP เกิดขึ้นเนื่องจากแคลเซียมที่ตกค้างซึ่งช่วยเพิ่มการเตรียมพร้อมของถุงบรรจุสารสื่อประสาทและการปล่อยสารสื่อประสาท แต่หลักฐานที่สมบูรณ์ยังไม่ครบถ้วนและกำลังอยู่ระหว่างการวิจัย อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์นี้ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความยืดหยุ่นของไซแนปส์ซึ่งเป็นกระบวนการสำคัญในกลไกทางประสาทของการเรียนรู้ ความจำ และการเสริมความแข็งแรงในระยะยาวในระบบประสาทส่วนกลาง

สำหรับระบบประสาทส่วนปลายการศึกษาแสดงให้เห็นว่าการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าของกล้ามเนื้อ แบบเททานิก สามารถกระตุ้นเซลล์ประสาทสั่งการส่วนปลายและเส้นประสาทรับความรู้สึกได้ ซึ่งสามารถใช้ในการกระตุ้นเซลล์ประสาทสั่งการไขสันหลังและส่งผลต่อความแข็งแรงของการหดตัว แสดงให้เห็นว่า NMES แบบเททานิกมีส่วนร่วมกับกลไกทั้งส่วนปลายและส่วนกลาง ซึ่งอาจมีความสำคัญต่อการฟื้นฟูและการฝึกกล้ามเนื้อ^{[ 4 ]}

ในการทดลอง/การวิจัย การกระตุ้นแบบเททานิกมักใช้เพื่อตรวจสอบพลวัตของการปล่อยสารสื่อประสาทและการควบคุมแคลเซียม โดยทั่วไปแล้วต้องใช้ความถี่ระหว่าง 50  Hz ถึง 100  Hz เพื่อทำให้เกิดเททานัสอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ช่วงความถี่นี้จะแตกต่างกันไปตามประเภทของกล้ามเนื้อ^{[ 5 ]}

การตรวจสอบการทำงานของระบบประสาทและกล้ามเนื้อในวิสัญญีวิทยาใช้การกระตุ้นแบบเททานิกเพื่อประเมินระดับความลึกของการปิดกั้นการทำงานของระบบประสาทและกล้ามเนื้อผ่านการนับหลังการกระตุ้นแบบเททานิก เมื่อผู้ป่วยได้รับยาปิดกั้นการทำงานของระบบประสาท และกล้าม เนื้อ (NMBAs) เพื่อให้กล้ามเนื้อผ่อนคลายสำหรับการทำหัตถการ แพทย์ต้องประเมินความรุนแรงและการฟื้นตัวของอัมพาตที่เกิดขึ้นเพื่อความปลอดภัยของผู้ป่วย ด้วยเหตุนี้ การกระตุ้นแบบเททานิกจึงสามารถใช้เป็นแนวทางให้วิสัญญีแพทย์ในการกำหนดขนาดยาและขั้นตอนการฟื้นตัวได้ การประยุกต์ใช้ทางคลินิกทั่วไปคือวิธีการนับหลัง การกระตุ้นแบบเททานิก ซึ่งเป็นการส่งกระแสไฟฟ้าเดี่ยวๆ ที่ความถี่ 1 เฮิรตซ์ทันทีหลังจากกระตุ้นแบบเททานิก วิธีนี้ช่วยให้สามารถสังเกตการตอบสนองได้ ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการวัดการฟื้นตัวจากอัมพาตของกล้ามเนื้อได้โดยอ้อม เมื่อการปิดกั้นการทำงานของระบบประสาทและกล้ามเนื้อลดลง การนับหลังการกระตุ้นแบบเททานิกจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยให้วิสัญญีแพทย์สามารถกำหนดการฟื้นตัวของผู้ป่วยได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการกระตุ้นแบบเททานิกอาจทำให้ผู้ป่วยที่ยังไม่ได้รับการดมยาสลบอย่างเต็มที่รู้สึกเจ็บปวด จึงควรใช้ภายใต้การให้ยาระงับประสาทเท่านั้น และเป็นช่วงเวลาไม่เกิน 2-3 นาที^{[ 5 ]}

การกระตุ้นแบบเททานิกยังใช้ในการเพิ่มศักยภาพการกระตุ้นมอเตอร์ระหว่างการตรวจสอบระบบประสาทในระหว่างการผ่าตัด ศักยภาพการกระตุ้นมอเตอร์เป็นสัญญาณทางสรีรวิทยาไฟฟ้าที่สามารถสะท้อนการทำงานของเส้นทางมอเตอร์ในร่างกาย และมักจะได้รับการตรวจสอบในระหว่างการผ่าตัดสมองหรือกระดูกสันหลัง การวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการใช้การกระตุ้นแบบเททานิกกับเส้นประสาทส่วนปลายสามารถเพิ่ม ความตื่นตัว ของเซลล์ประสาทส่วนหน้าของไขสันหลัง ได้ชั่วคราว ซึ่งนำไปสู่ศักยภาพการกระตุ้นมอเตอร์ที่ใหญ่ขึ้นและน่าเชื่อถือมากขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงความสามารถในการตรวจจับและความสม่ำเสมอของศักยภาพการกระตุ้นมอเตอร์ในระหว่างการผ่าตัด ทำให้การตรวจสอบมอเตอร์ในระหว่างการผ่าตัดปลอดภัยและแม่นยำยิ่งขึ้น^{[ 6 ]}

ในกรณีที่เฉพาะเจาะจงยิ่งขึ้น การกระตุ้น เส้นประสาทพูเดนดัลแบบเททานิกแสดงให้เห็นว่าช่วยเพิ่มแอมพลิจูดของศักยภาพการกระตุ้นมอเตอร์ ทำให้มีอัตราการระบุเพิ่มขึ้นในการผ่าตัดกะโหลกศีรษะในเด็กเมื่อเทียบกับการกระตุ้นเส้นประสาทอื่นๆ ทั่วไป วิธีนี้ช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการตรวจสอบและลดผลลบเท็จในระหว่างขั้นตอน^{[ 7 ]}

ผลการศึกษาเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า การกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าแรงสูงสามารถนำไปใช้ในสถานการณ์ต่างๆ ในทางคลินิกได้ เช่น การปรับปรุงคุณภาพสัญญาณ และการชี้นำการตัดสินใจระหว่างการผ่าตัดและหัตถการต่างๆ

แม้ว่าการกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าแรงสูงจะมีประโยชน์และให้ข้อมูลมากมาย แต่ก็มีข้อจำกัดและข้อควรระวังบางประการที่ควรคำนึงถึงก่อนการใช้งาน

การกระตุ้นด้วยความถี่สูงที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นแบบเททานิกสามารถทำให้เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อที่รุนแรงและต่อเนื่องซึ่งเจ็บปวดสำหรับผู้ป่วยที่ไม่ได้รับการดมยาสลบอย่างเหมาะสม สิ่งนี้ทำให้เกิดข้อจำกัดบางประการในการวิจัย เนื่องจากไม่สามารถทำการทดลองเพื่อกำหนดการประยุกต์ใช้การกระตุ้นแบบเททานิกกับผู้ป่วยที่ไม่ได้อยู่ภายใต้การดมยาสลบได้^{[ 5 ]}

นอกจากนี้ ผลของการกระตุ้นแบบเททานิกยังขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การใช้งาน เช่น ความเข้มของการกระตุ้น ระยะเวลา และตำแหน่งที่ใช้ ในกรณีส่วนใหญ่ การกระตุ้นที่ความถี่ประมาณ 50  Hz จะทำให้เกิดการหดตัวแบบเททานิกอย่างสมบูรณ์ ในขณะที่ความถี่ที่ต่ำกว่าจะทำให้เกิดการหดตัวเพียงบางส่วน เนื่องจากความแปรปรวนเล็กน้อยที่อาจเกิดขึ้นทางสรีรวิทยาในระหว่างการกระตุ้นแบบเททานิก จึงเป็นการยากที่จะสรุปผลโดยทั่วไปในหัวข้อต่างๆ เช่น การเสริมฤทธิ์หลังการกระตุ้นแบบเททานิกและความเมื่อยล้าของกล้ามเนื้อ^{[ 5 ]}

เนื่องจากความแตกต่างของปฏิกิริยาตอบสนองระหว่างการหดตัวของกล้ามเนื้อ แต่ละบุคคล วิธีการบันทึกข้อมูล และปัจจัยอื่นๆ การตีความข้อมูลจากการกระตุ้นแบบเททานิกจึงมีโอกาสผิดพลาดได้ง่าย และเนื่องจากยังไม่มีวิธีการเก็บรวบรวมและตีความข้อมูลที่เป็นมาตรฐานและใช้กันอย่างแพร่หลาย การวิจัยในหัวข้อนี้จึงมีข้อจำกัดอยู่

การสำรวจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการกระตุ้นแบบเททานิกย้อนกลับไปถึงการวิจัยทางไฟฟ้าฟิสิกส์ในช่วงแรกๆ ที่ทำในศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การศึกษาพื้นฐานที่ดำเนินการในช่วงทศวรรษที่ 1970 โดย Erulkar และ Rahamimoff แสดงให้เห็นว่าไอออนแคลเซียมเป็นศูนย์กลางของการปล่อยสารสื่อประสาทที่เพิ่มขึ้นซึ่งสังเกตได้ในระหว่างและทันทีหลังจากการกระตุ้นแบบเททานิก การทดลองของพวกเขาดำเนินการกับกบที่จุดเชื่อมต่อประสาทกล้ามเนื้อต่างๆ และพบว่าการกระตุ้นแบบเททานิกช่วยเพิ่ม ความถี่ ของศักยภาพปลายแผ่นขนาดเล็กผ่านการเข้าของแคลเซียมอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังพบว่าแคลเซียมที่เหลืออยู่มีส่วนช่วยในการเพิ่มศักยภาพหลังการกระตุ้นแบบเททานิกแม้หลังจากหยุดการกระตุ้นแล้ว การวิจัยนี้เป็นพื้นฐานสำหรับการทำความเข้าใจความยืดหยุ่นระยะสั้นของทั้งระบบประสาทส่วนปลายและส่วนกลาง^{[ 3 ]}

จากงานวิจัยนี้ งานวิจัยต่อมาในช่วงทศวรรษ 2000 ได้ขยายการใช้การกระตุ้นแบบเททานิกจากความเข้าใจทางสรีรวิทยาพื้นฐานไปสู่การประยุกต์ใช้ทางคลินิก มีการวิจัยเกี่ยวกับการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าของระบบประสาทและกล้ามเนื้อเพื่อการฟื้นฟูการเคลื่อนไหวในผู้ป่วย ซึ่งต่อมาพบว่าเป็นการกระตุ้นเส้นใยประสาทสั่งการส่วนปลายและวงจรระบบประสาทส่วนกลางผ่านทางเส้นประสาทรับความรู้สึก ซึ่งเปิดโอกาสมากมายสำหรับการวิจัยเพิ่มเติม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นของระบบประสาทในการบำบัดฟื้นฟู^{[ 4 ]}

เมื่อไม่นานมานี้ การกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าแบบเททานิกได้ถูกนำมาใช้ในการตรวจสอบระบบประสาทระหว่างการผ่าตัดและในการวางยาสลบดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การวิจัยในเรื่องการกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าแบบเททานิกยังคงดำเนินอยู่และยังไม่แพร่หลายเท่ากับการศึกษาทางประสาทวิทยาและทางไฟฟ้าสรีรวิทยาอื่นๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน

• ทฤษฎีเฮบเบียน