Principi di Bioingegneria IL SISTEMA NERVOSO

Principi di Bioingegneria
Lezione del 4 novembre 2009
Elettroterapia, Riabilitazione
Cognitiva, Biofeedback
A cura
dell’ing. Riccardo Tranfaglia
[email protected]
IL SISTEMA NERVOSO
Centrale (Unità di elaborazione e controllo)
Trasmissivo (Cablaggio)
SISTEMA
NERVOSO
Sensoriale
(dall'esterno)
UDITO
VISTA
GUSTO
OLFATTO
TATTO
Autonomo
(dall'interno)
Per la regolazione di
grandezze interne
Azione su muscoli
e ghiandole
Può essere:
- volontario
- involontario
Afferente (dalla periferia
verso l'unità centrale)
Periferico
Efferente (dalla unità
centrale verso la
periferia)
1
CELLULA NERVOSA
† Due importanti caratteristiche fanno della
cellula nervosa un punto importante nella
trasmissione delle informazioni:
† - l’eccitabilità, cioè la capacità di generare
un potenziale d'azione qualora la si ecciti
con uno stimolo dì ampiezza e durata
opportune;
† - la conduttività,
conduttività cioè la capacità di
propagare tale potenziale per una distanza
rilevante e ad una velocità praticamente
costante
2
IL MUSCOLO
† La funzione del muscolo è quella di creare
una forza per stabilizzare o per muovere
un’articolazione.
† La forza che il muscolo produce attraverso
la contrazione dipende da diversi fattori,
ma è comunque direttamente proporzionale
alla sezione trasversa del muscolo stesso.
† La macchina muscolare è dotata di
plasticità è in grado cioè di modificare la
plasticità,
propria struttura e, quindi, le prestazioni in
rapporto alle variazioni delle richieste
funzionali. (Allenamento fisico)
COMPONENTI DEL MUSCOLO
† Il muscolo è formato da cellule cilindriche
allungate,
ll
lle fibre
fib muscolari
l i serate.
† Ogni fibra è circondata da un sottile strato
di tessuto connettivo (l’endomisio) e le
singole fibre sono poi riunite in fasci da uno
strato più spesso, sempre di natura
connettivale, il perimisio.
† L’intero muscolo è poi circondato
dall’epimisio.
3
IL SARCOMERO
† Le fibre muscolari a loro volta sono formate da
sottili
ttili filamenti
fil
ti chiamati
hi
ti miofibrille
i fib ill che
h a loro
l
volta contengono l’unità funzionale del
muscolo: il sarcomero
4
Filamenti di actina e miosina.
† Nel sarcomero vi sono i filamenti di
actina e miosina.
† I filamenti di actina possono
penetrare tra i filamenti di miosina e
far contrarre quindi la fibrilla.
† L’interazione tra actina e miosina è
controllata da delle proteine
regolatrici
† Le miofibrille sono circondate da
strutture costituite da membrana,
che
h all microscopio
i
i appaiono
i
come
vescicole e tubuli (sistema
sarcotubulare: sistema T e reticolo
sarcoplasmatico)
5
FIBRE MUSCOLARI E GRANDEZZA
DEI MOTONEURONI
† Le fibre muscolari si distinguono nelle seguenti
categorie:
g
† - Tipo I = fibre muscolari rosse a contrazione lenta e
grande resistenza alla fatica; sono innervate da piccoli
motoneuroni e possiedono una ricca vascolarízzazione
capillare;
† - Tipo II B = fibre muscolari bianche a contrazione
rapida e poco resistenti alla fatica; sono innervate da
grossi motoneuroni e caratterizzate da una attività
intensa ma per un tempo breve;
† - Tipo
Ti
II A = fibre
fib muscolari
l i a contrazione
t
i
rapida,
id
dotate di una maggiore resistenza all'affaticamento
rispetto a quelle di tipo II B
† In realtà i muscoli non sono mai costituiti
da un solo tipo di fibre ma da fibre di tipi
diversi in diverse proporzioni
„ Muscoli rossi (maggioranza di fibre tipo I)
rispondono lentamente e sono adatti a
contrazioni prolungate e lente che mantengano
p la p
postura
ad esempio
„ Muscoli bianchi (maggioranza di fibre di tipo II)
rispondono velocemente e sono adatti a
contrazioni di breve durata che richiedono molta
forza
6
Disposizione delle fibre
muscolari
MOTONEURONI
† I muscoli scheletrici sono innervati da
grosse fibre
fib nervose, le
l cuii origini
i i i sono i
motoneuroni alfa, situati nelle corna
anteriori del midollo spinale.
† Tali nervi di moto si portano al muscolo
tramite i loro prolungamenti assonali (fibra
nervosa), le cui ramificazioni terminali
prendono ciascuna contatto con una singola
fibra muscolare
7
UNITA’ MOTORIA
† L'unità funzionale del muscolo è l'unità
motoria: è ll'insieme
insieme del motoneurone e
delle fibre muscolari che esso innerva.
† Il punto di innesto o terminazione della
fibra nervosa motrice è detto placca
motrice o sinapsi neuromuscolare.
PLACCA
MOTRICE
FIBRE
MUSCOLARI
α - MOTONEURONE
ASSONE
8
9
10
Generazione dello Stimolo
†
†
†
†
†
Potenziali bioelettrici sono il risultato dell’attività
elettrochimica di alcune cellule del tessuto nervoso e
muscolare.
l
La cellula eccitabile presenta a riposo un potenziale di
membrana E0 (interno- esterno, @-90 mV) che dipende
dalla diversa permeabilità della membrana ai vari ioni
(molto permeabile agli ioni K+ e Cl- e poco permeabile a
Na+).
Infatti gli ioni K+ sono presenti in quantità maggiori
all’interno della cellula e minori all’esterno, viceversa Cl- e
Na+ sono presenti in quantità maggiori all’esterno della
cellula e minori all’interno
all interno.
La diffusione degli ioni attraverso la membrana causa
l’instaurarsi di una differenza di potenziale dovuto
all’accumulo di cariche
Quando opportunamente stimolata, la membrana cellulare
cambia le sue proprietà di permeabilità
POTENZIALE DI MEMBRANA
†
†
Le dimensioni dei pori della membrana cellulare sono tali da
lasciar passare liberamente gli ioni Cl-, K+, ostacolare quelli Na+
ed
d impedire
i
di il passaggio
i d
degli
li anioni
i i organici
i i A-;
A essa è,
è cioè,
i è
selettiva.
La non omogenea distribuzione degli ioni determina una differenza
di potenziale elettrico ai lati della membrana, con il lato interno
negativo e quello esterno positivo. Tale differenza di potenziale è
detta "potenziale di membrana" ed ha in tutte le cellule un
valore costante, compreso tra -70 e -90 mV.
Fluido intracellulare membrana
Na+
K+
-
Fluido interstiziale
A-
ClPort
Na+
ClHCO-3
+
HCO-3
K+
11
POTENZIALE DI MEMBRANA
† Esistono due metodi fondamentali mediante i quali i
potenziali di membrana prendono origine:
„ la "pompa sodio - potassio" ATP dipendente
(meccanismo di trasporto attivo di ioni contro il
gradiente elettrico e quello di concentrazione,
sostenuta dall'acido adenosintrifosfato o ATP), che
provoca uno sbilanciamento tra cariche negative e
positive presenti ai due lati della membrana: gli ioni
sodio vengono portati dall'interno verso l'esterno e
quelli potassio dall’esterno
dall esterno all
all'interno;
interno;
„ la diffusione di ioni attraverso la membrana,
conseguente ad una differenza di concentrazione tra i
due lati della membrana stessa.
POTENZIALE DI AZIONE
†
†
Le variazioni del potenziale di membrana vengono chiamate
"potenziali d'azione"
Il potenziale d'azione è alla base del fenomeno di
eccitabilità delle cellule e in particolare di quelle nervose e
muscolari, che ne fanno uso rispettivamente per
trasmettere messaggi e per rispondere agli stessi.
+30
0
MILLIVOLTS
-85
1
2
3
4
5
6
7
MSEC AFTER STIMULUS
12
† Il potenziale di membrana passa rapidamente da -90
mV a +40 mV (fase di depolarizzazione) per poi
riportarsi nel giro di pochi ms al valore di riposo (fase
di ripolarizzazione)
Generazione del potenziale d’azione
Fig. 21
Generazione del potenziale d'azione.
13
14
CONDUZIONE DEL POTENZIALE
† Il fenomeno è detto ‘’depolarizzazione’’ e si
propaga lungo tutta la fibra nervosa,
nervosa in quanto
determina un movimento di ioni dalla regione
contigua non stimolata verso quella stimolata,
con depolarizzazione della regione non
stimolata, che a sua volta stimola la regione
adiacente e così via. Lo stimolo si propaga ad
una eventuale cellula muscolare con la quale la
fibra nervosa può essere in rapporto.
+
+
+
+
- - -
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
-
-+ +
+ + + ++ + + - - -+ + + + + + + - - -
-
- - -
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
Trasmissione dello stimolo al
muscolo
†
Una sinapsi è composta da:
„
„
„
†
membrana presinaptica
p
p
spazio sinaptico
membrana postsinaptica.
Un potenziale d’azione in una fibra
presinaptica causa un movimento delle
vescicole sinaptiche verso la membrana, dove
si fondono con essa rilasciando un
neurotrasmettitore (acetilcolina) nello spazio
sinaptico. Quest’ultimo agisce sulla membrana
postsinaptica causandone la depolarizzazione.
15
1. L’acetilcolina diffonde a livello postsinaptico e causa un cambiamento di
permeabilità della membrana rispetto agli ioni calcio
2. Se la depolarizzazione dovuta agli ioni calcio supera una certa soglia si
genera un potenziale d
d’azione
azione che viaggia lungo la fibra muscolare
3. Lo stimolo, raggiunto il sarcolemma viene trasmesso alle miofibrille
attraverso il tubuli T che rilasciano ioni Ca++
4. Gli ioni Ca++ si legano alle proteine regolatrici all’interno della miofibrilla
e permettono l’interazione actina- miosina
5. Scorrimento delle fibre
LA CURVA INTENSITÀ DURATA
† L’eccitazione dì una fíbra nervosa o
muscolare dipende sia dall
dall'ampiezza
ampiezza che
dalla durata dello stimolo.
† L’attivazione è possibile con un impulso di
durata ridotta solo se la sua ampiezza è
aumentata e viceversa.
16
† Reobase: indica l’intensità di corrente
minima in grado di eccitare un
tessuto;l’unità di misura è il milliampere.
† Cronassia: indica il tempo (= durata dello
stimolo) necessario a stimolare iltessuto, la
cui intensità è doppia della reobase.
17
PARAMETRI DI STIMOLAZIONE
1. L’intensità dello stimolo
2. La durata dello stimolo
† Entrambi questi fattori devono essere
considerati; infatti è il loro rapporto
(rapporto intensità-durata) ad essere
determinante nell’eccitazione del tessuto.
“Tale
Tale rapporto inoltre non è costante per
tutti i gruppi muscolari, ma varia in
funzione dei distretti corporei in cui i
muscoli si trovano”.
Tempo di Cronassia
† Il tempo di cronassia è dato da:
„ Tc=0.69•rm•Cm
† dove il prodotto rm•Cm rappresenta la costante di
tempo della membrana, rm la sua resistenza e Cm
la sua capacità (resistività = 1000 ohm/cm2,
capacità specifica = 2 – 5 microFarad/cm2 ).
18
REFRATTARIETA’
† Durante il periodo in cui la membrana dà
origine al potenziale d’azione
d azione la capacità
della membrana a rispondere ad un
secondo stimolo di qualsiasi tipo è
notevolmente modificata.
„ Nella parte iniziale dell'impulso la membrana
non può rispondere affatto, anche se lo stimolo
è molto forte (refrattarietà assoluta);
„ dopo tale intervallo temporale, con uno stimolo
forte, prima cioè del riposo completo, si può
ottenere un potenziale d’azione (refrattarietà
Relativa)
TETANO MUSCOLARE
† Se una fibra muscolare viene stimolata
ripetutamente a brevi intervalli di tempo ne
risulterà una fusione delle singole scosse,
fino a formare una contrazione continua
detta ”tetano muscolare”, di gran lunga
maggiore di quella della singola scossa.
† Le fibre muscolari lente dei muscoli rossi
richiedono 20 stimoli al secondo per
formare il tetano, mentre quelle rapide dei
muscoli bianchi da 60 a 100 stimoli al
secondo.
19
TEMPO DI CONTRAZIONE
† La frequenza di scarica ottimale del motoneurone è
quella minima utile p
q
perchè le singole
g
scosse muscolari si
fondano a formare una contrazione tetanica.
† La graduazione della contrazione muscolare è ottenuta
grazie a due diversi meccanismi:
„
„
1.
reclutamento di nuove UM all'aumentare dello
sforzo:
2.
aumento della frequenza di scarica della singola
UM.
Reclutamento delle fibre muscolari
† L'ordine di reclutamento dei motoneuroni
risponde al principio della grandezza: minore è
il loro diametro e più facile risulta la loro
attivazione (più bassa soglia di attivazione).
† Le fibre muscolari di tipo lento sono innervate
da motoneuroni più piccoli e sono le prime ad
essere attivate nel movimento volontario.
† Durante le normali attività i motoneuroni più piccoli,
a più bassa soglia,
soglia scaricano a bassa frequenza per
lunghi periodi di tempo, mentre i motoneuroni a più
alta soglia, innervanti le fibre di tipo veloce,
vengono attivati solo occasionalmente in brevi
scariche ad alta frequenza.
20
Reclutamento temporale
21
ELETTROMIOGRAFIA
† Definizione:
„ Per elettromiografia si intende la
registrazione dell’attività elettrica del
muscolo e, in generale, anche lo studio,
condotto attraverso l’analisi del segnale
elettromiografico prodotto durante la
contrazione muscolare,
muscolare della
fisiopatologia muscolare.
22
ELETTROMIOGRAFIA
† La membrana depolarizzata, che è accompagnata da
un movimento di ioni, genera un campo magnetico
nelle vicinanze delle fibre muscolari.
† Un elettrodo localizzato in tale campo rileverà il
potenziale, la cui escursione temporale è nota come
potenziale d'azione.
† Nel tessuto muscolare umano, l'ampiezza del
potenziale d'azione dipende
„
„
„
dal diametro della fibra muscolare
dalla distanza tra la fibra muscolare e la posizione
dell’elettrodo
dalle proprietà filtranti dello stesso
† Il potenziale d'azione di unità motoria (MUAP)
rappresenta
pp
la forma d'onda di tensione consistente
nell'integrazione spazio - temporale dei Potenziali
d'azione delle singole fibre che la costituiscono
† Alla dispersione spaziale (contrazione di fibre
muscolari appartenenti ad altre UM) si aggiunge
quella temporale, poichè tutte le fibre muscolari
dell'UM non si contraggono esattamente nello stesso
istante.
23
ANALISI DEL SEGNALE MIOGRAFICO
† La forma del potenziale, la sua durata e le
relative fasi rappresentano le informazioni
utili per uno studio a livello fisiologico che
porti validi termini di paragone in situazioni
patologiche.
† Ad esempio, una percentuale di forme
polifasiche superiore al 12 % (indice di una
perdita eccessiva di sincronizzazione nella
contrazione delle fibre muscolari costituenti
l'unità motoria) è da considerarsi patologica
(Buchthal).
Schema a blocchi
24
Tracciati di interferenza
† L'i
L'interazione
i
((spazio
i - temporale)
l ) di tuttii i
MUAPT provenienti da tutte le UM attive,
localizzate nell'area di prelievo degli
elettrodi , dà origine al segnale
elettromiografico superficiale, altrimenti
detto “tracciato di interferenza”
25
SPETTRO DEL EMG
†
Lo spettro del segnale EMG è composto da due parti:
„
„
Una dovuta alle frequenze
q
di sparo
p
delle unità motorie ((UM))
più
ù grandi e reclutate per ultime; queste contribuiscono con
picchi nello spettro, in bassa frequenza, attorno alla frequenza
media di sparo delle UM, cioè sui 10-40 Hz.
La seconda parte è dovuta alla forma dei MUAP, e va dai 50
fino a circa 100 Hz, in funzione di vari fattori, quali la forma e
la disposizione degli elettrodi, la distanza delle fibre, la fatica
muscolare etc..
Evoluzione qualitativa dello
spettro del segnale mioelettrico
cutaneo in funzione della forza e
della durata della contrazione.
Le frecce indicano la direzione
della modificazione di una zona
dello spettro prodotta dal
crescere della forza o del tempo.
STRUMENTAZIONI
26
Apparecchi per Elettrodiagnosi
† Rilevano caratteristiche di eccitabilità
e conduzione elettrica di tessuti
nervosi muscolari ai fini della diagnosi
† Rilevano curva intensità-tempo e
velocità di conduzione del potenziale
di azione lungo
g le fibre nervose.
Principio di funzionamento
† Il principio di funzionamento delle apparecchiature per
elettrodiagnosi si base sull' applicazione di stimoli elettrici e
sulla
ll osservazione d
della
ll risposta elettrica
l
o meccanica a tali
l
stimoli.
† Gli stimoli sono applicati per mezzo di elettrodi cutanei lungo il
decorso di un fascio nervoso.
† La risposta puo' essere:
„ contrazione meccanica di un muscolo
„ risposta elettrica di un muscolo rilevata con opportuni
elettrodi di prelievo (vedi elettromiografi)
„ risposta
i
t elettrica
l tt i del
d l nervo rilevata
il
t con opportuni
t i elettrodi
l tt di
di prelievo e con apparecchiature più sofisticate delle
precedenti
„ risposta elettrica conseguente alla attivazione di fibre
sensoriali e rilevata tramite tecniche di analisi dei
potenziali evocati
27
Schema a blocchi
ELETTRODIAGNOSI
Elettrodi
† La stimolazione ed il prelievo del
segnale di risposta e' effettuato con
elettrodi cutanei o con elettrodi ad
ago per l'elettromiografia
(più raramente con elettrodi appoggiati
direttamente su nervi esposti nel corso di
interventi chirurgici).
28
Strumentazione
† La maggior parte delle apparecchiature di
elettrodiagnosi consente misure semisemi
automatiche di reobase e cronassia, alcuni
strumenti recenti presentano la curva
intensità - tempo su schermo video oppure
su stampante grafica.
† Gli impulsi di stimolazione hanno durata
regolabile dalla decina di microsecondi al
secondo, intensità regolabile da 0 a 150
Volt in tensione e da 0 a 100 mA in
corrente.
Norme di sicurezza
† comuni a tutte le apparecchiature collegate ad un
paziente p
p
per mezzo di elettrodi in p
particolare la
corrente di dispersione da elettrodi e da telaio non
deve superare i 100 μA
† evitare che la zona cardiaca sia inclusa tra gli elettrodi
† circuito di uscita di tipo "flottante", cioè privo di
riferimento a terra in modo che la corrente fluisca da
un elettrodo all'altro e non si chiuda a terra attraverso
il paziente
† La tecnica di stimolazione e' quasi sempre unipolare
con un elettrodo
l tt d di stimolazione
ti
l i
piccolo
i
l e uno
"neutro" o "di riferimento" grande.
† Lo stato di pulizia e il buon contatto tra elettrodi e
cute e' fondamentale per evitare alterazioni delle
misure.
29
APPARECCHI PER ELETTROTERAPIA
† Gli apparecchi di elettroterapia consentono
di effettuare trattamenti terapeutici basati
sull'eccitazione, per mezzo di stimoli
elettrici, di tessuti nervosi o muscolari.
† Gli stimoli elettrici sono applicati per mezzo
di elettrodi cutanei al fine di:
„ generare contrazioni muscolari in pazienti affetti
da lesioni del sistema nervoso centrale
„ generare contrazioni muscolari in pazienti affetti
da lesioni del sistema nervoso periferico al fine
di rallentare il processo di atrofia a cui sono
soggetti i muscoli denervati
„ mascherare o attenuare il sintomo dolore
ELETTROTERAPIA
† Col termine "elettroterapia" si è soliti
indicare ll’utilizzazione
utilizzazione a scopo terapeutico
dell’energia elettrica in tutte le sue forme.
† In particolare: la corrente continua e le
correnti variabili.
„ La prima è la cosiddetta corrente galvanica che puo’
sfruttare anche le proprietà di determinati farmaci
che vengono veicolati, attraverso la corrente stessa,
nella zona da trattare (ionoforesi).
(ionoforesi)
„ Nella seconda rientrano sia le correnti
eccitomotorie, quelle con effetto antalgico (correnti
diadinamiche e TENS) e quelle con effetto termico.
30
Schema a blocchi
ELETTROTERAPIA
Correnti ad effetto terapeutico
La terapia con correnti elettriche produce una
serie di effetti sull’organismo (termici, chimici,
elettromagnetici) che sono a loro volta
responsabili delle azioni terapeutiche:
†
†
†
†
eccitomotoria
vasomotoria
analgesica-sedativa
veicolante
31
Classificazione delle correnti
† Classificazione in base alla frequenza:
all’interno delle classi individuate le
correnti si differenziano ulteriormente
in base agli effetti terapeutici
„Bassa
Frequenza
(1--800Hz)
(1
800H )
Media Frequenza
( 800Hz a 1kHz)
Alta Frequenza
(10 a 80kHz)
Correnti antalgiche:
antalgiche
diadinamiche, TENS, Alto
Voltaggio,
Interferenziali
Correnti veicolanti di
farmaci: Ionoforesi,
farmaci
iontoforesi
Correnti di stimolazione
muscolare: Kotz, esponenziali,
muscolare
faradiche, ad impulsi
32
Correnti Veicolanti
IONOFORESI: utilizza una corrente continua unidirezionale per
IONOFORESI
veicolare attraverso la cute gli ioni attivi di un farmaco disciolti in
soluzione acquosa. Attenzione alla polarità del farmaco: gli ioni positivi
(negativi) vanno applicati sull’elettrodo con polarità positiva (negativa)
IONTOFORESI: utilizza una corrente diretta interrotta a
IONTOFORESI
frequenza media 8kHz,
8kHz con Duty Cicle del 95% per veicolare ioni
medicamentosi nei tessuti. Si differenzia dalla ionoforesi per gli
elettrodi utilizzati, dotati di un serbatoio della capacità di 3cc fissato
alla cute con un film adesivo. In tal modo il farmaco non attraversa la
cute ma si diffonde tramite una membrana semipermeabile
Correnti di stimolazione muscolare
Si distinguono in 2 classi:
Correnti di stimolazione del muscolo normoinnervato:la contrazione
è la risposta alla stimolazione delle fibre nervose
Correnti di stimolazione del muscolo denervato o parzialmente
innervato: la risposta è l'eccitazione diretta delle cellule muscolari
La stimolazione elettrica di un muscolo, in base a come vengono
i i
ti gli
li elettrodi,
l tt di può
ò essere:
posizionati
diretta, se avviene sul "punto motore" del muscolo,
indiretta, se viene stimolato il nervo motore corrispondente.
33
Parametri di funzionamento
In generale e' possibile selezionare:
† la forma d'onda della tensione o della
corrente applicata al paziente tramite
elettrodi cutanei
† i parametri di tale forma d'onda
† gli intervalli di durata e di pausa del
treno di impulsi applicato al paziente
† la durata della seduta
Forme d’onda
Gli impulsi di
stimolazione hanno
durata regolabile dalla
decina di
micro secondi al secondo,
g
tra
intensita' regolabile
O e 150 V in
tensione e da 0 a circa
100 mA in corrente.
34
Correnti Interferenziali
C
Correnti
ti Di
Diadinamiche
di
i h
35
Posizione degli elettrodi
La corrente di interferenza, con effetto eccitomotorio, può
essere regolata e orientata agendo sulla posizione degli
elettrodi e sulle rispettive correnti.
E'possibile in tal modo ridurre la fastidiosità della
stimolazione, dovuta alla eccitazione dei recettori cutanei,
riducendo l’intensità e aumentando la frequenza delle correnti
sotto gli elettrodi, pur mantenendo relativamente elevata la
corrente di battimento ottenuta sotto lo strato cutaneo.
36
Sicurezza del paziente
† Stesse norme degli apparecchi di elettrodiagnosi
† E
E' particolarmente importante che nel caso di uscite
multiple ogni coppia di elettrodi sia elettricamente
isolata da qualsiasi altra coppia in modo da garantire
che la corrente fluisca esclusivamente da un elettrodo
all'altro della stessa coppia e non da un elettrodo di
una coppia a un elettrodo di un'altra coppia.
† Elettrodi sporchi, ossidati o incrostati di pasta
conduttiva secca possono causare forti irritazioni
cutanee e ustioni nel loro punto di applicazione.
† Conduttori
C d tt i e cavii con guaina
i
danneggiata
d
i t possono
costituire serio pericolo per l'operatore.
† E' in generale pericoloso utilizzare
apparecchiature
di elettroterapia su portatori di stimolatori cardiaci
TERAPIA CON CORRENTI CONTINUE
† Per corrente continua (c.c.) si intende una corrente che
abbia direzione e intensita
intensita' costante nel tempo. L
L'utilizzo
utilizzo
delle c.c. in terapia fisica è duplice: esse infatti vengono
utilizzate sia per creare le cosiddette correnti
"galvaniche" (a scopo analgesico e trofico), sia per
ionoforesi medicamentosa.
Legge di Ohm
Elettrodo Positivo
Rp
Rg
Vcc
Rm
Rp
Elettrodo negativo
I=
Vcc
R p + R p + Rg + Rm
Fig.1
g Schema base di applicazioni
pp
elettroterapiche
p
in
corrente continua.
Vcc: Tensione di alimentazione (variabile)
Rp: Resistenza della pelle
Rg:: Resistenza del grasso
Rm: Resistenza dei muscoli
R p = 500 KOHM - 1 MOHM
Rg = 10 KOHM - 50 KOHM
Rm = 1 KOHM - 5 KOHM
37
†
Da questi valori e dalla legge di Ohm deriva che la corrente che
attraversa il circuito e' determinata in gran parte dal valore di Rp
che limita in generale la corrente che attraversa i tessuti.
tessuti Per
ridurre il valore di Rp si ricorre a delle spugnette che frapposte tra
l'elettrodo e la cute creano di fatto un percorso alternativo alla Rp
a resistenza molto bassa.
Elettrodo
Cute
Tessuto sotto c.
(a)
-
-
+
+
+
(b)
-
ioni
(a) Elettrodo posto sulla cute asciutta
b) Elettrodo su cute umida oppure tramite interposizione di spugnetta imbevuta
Schema base di applicazioni elettroterapiche in
corrente continua dopo l'applicazione di una
spugnetta tra gli elettrodi e la cute.
†
L'inserimento della spugnetta e' stato modellato quindi con
l'inserimento di un elemento resistivo in parallelo alla
resistenza
i t
d
della
ll cute.
t Q
Questo
t avendo
d una resistenza
i t
molto
lt
piu' bassa di quella della cute elimina di fatto il problema,
facendo si' che il grosso della caduta di potenziale si abbia
sul grasso e sui muscoli piuttosto che sulla cute.
Elettrodo Positivo
Rs
Rp
Rg
Vcc
Vcc: Tensione di alimentazione (variabile)
Rp: Resistenza della pelle
Rg:: Resistenza del grasso
Rm: Resistenza dei muscoli
Rs: Resistenza della spugnetta (100 OHM ca)
Rm
Rs
Rp
Elettrodo negativo
38
STIMOLATORI MUSCOLARI,
NEUROMUSCOLARI E ANTALGICI.
† Con i termini "Stimolatori muscolari, neuromuscolari e
antalgici" si intende una famiglia di apparecchiature di
elettroterapia
l
progettate e commercializzate
l
per impiego
fuori dall'ambito ospedaliero, a domicilio oppure presso il
letto del paziente in strutture territoriali, a fini terapeutici
oppure antalgici.
† Si tratta, nella quasi totalità dei casi, di apparecchi di uso
molto semplice alimentati con batterie o accumulatori
ricaricabili.
† Le applicazioni cliniche più diffuse sono: elettroterapia
del muscolo denervato,, stimolazione elettrica funzionale,,
trattamento della scoliosi, elettroanalgesia.
Principio di funzionamento
† Lo stimolatore deve applicare alla cute del
paziente
i
iimpulsi
l i elettrici
l
i i aventii parametrii
regolabili dal terapista o dal paziente e
aventi ampiezza alquanto superiore a quella
direttamente ottenibile dalla batteria di
alimentazione.
† Lo schema a blocchi dello strumento
include quindi sempre un generatore di
impulsi e un convertitore di tensione, come
indicato in figura.
39
STIMOLATORE PERONEALE
† stimolatore funzionale per la correzione del
cammino
i
d
dell'emiplegico
ll'
i l i
Elettrostimolatore
Elettrodi
Arto plegico
Suoletta collegata
allo stimolatore
40
Sicurezza
† Evitare l’utilizzo durante la carica delle batterie. Alcuni
apparecchi
pp
non lo p
permettono e q
questa non è una
carenza anzi una ulteriore misura di sicurezza.
† Gli apparecchi a batteria sono sempre intrinsecamente
più sicuri di quelli alimentati dalla rete elettrica,
tuttavia la presenza sugli elettrodi di impulsi aventi
tensione alquanto superiore a quella della batteria
(che di solito non supera i 12V e tipicamente e' di 9V )
richiede alcune precauzioni.
† La stimolazione elettrica può essere fonte di
interferenza con la attività di stimolatori cardiaci
† Evitare di applicare elettrodi tra i due arti
† Avviare la stimolazione solo dopo aver posizionato gli
elettrodi
APPARECCHI PER BIOFEEDBACK
† Le apparecchiature per biofeedback consentono forme
di riabilitazione o di "training"
g di un p
paziente basate
sulla retroazione di informazioni di cui il paziente
normalmente non dispone: sulla base di tali
informazioni il soggetto può correggere le proprie
prestazioni o il proprio comportamento e imparare a
controllare grandezze fisiche di cui normalmente non
ha coscienza diretta.
† Le principali applicazioni si hanno nei settori
psicologico e della riabilitazione motoria.
† Le grandezze che costituiscono il feedback sono di
solito l’attività elettromiografica, la temperatura della
cute, gli angoli articolari o altre variabili elettriche o
meccaniche correlabili con lo stato o le funzioni
dell'organismo.
41
Principio di funzionamento
† Il principio di funzionamento di una apparecchiatura
per biofeedback si basa sul prelievo di un segnale di
interesse, sulla estrazione di un parametro di tale
segnale e sulla presentazione di tale parametro al
paziente al fine di consentirgli di apprenderne il
controllo volontario.
† Il sistema consiste quindi di un trasduttore (o di un
sistema di elettrodi), di un amplificatore e di un
sistema di elaborazione per estrarre o calcolare il
parametro di interessa e di un display analogico o
digitale che presenta il risultato al paziente.
Schema a blocchi Biofeedback
Altre
Apparecchiature
pp
(Calcolatori e
registratori)
Elaborazione
Trasduttore
o
elettrodi
Amplificatore
(calcolo di
parametri di
interesse)
Presentazione
Parametri
Comparatore di
soglia
Segnale acustico
e/o ottico
42
Cognitive Rehabilitation
¾
basata sulle opportunità riorganizzative assunte dalla zona del cervello lesa;
¾concetto di neuroplasticità:
ƒ riorganizzazione funzionale
ƒ riarrangiamento strutturale (fenomeno dello sprouting);
¾ parte dal presupposto che le capacità neuroplastiche del nostro cervello,
presenti dopo la lesione, siano guidabili attraverso opportuni stimoli ambientali.
BIOFEEDBACK
È una forma di allenamento
psicofisiologico nel
quale stimoli sensoriali sono
presentatii all’organismo
ll’
i
stesso che produce questi
eventi
CONTROL
AND CODING
COMPARISON
AND MEMORY
CONTROL
OUTPUT
PROPRIOCEPTORS
¾ E’ un tipico approccio terapeutico
di tipo cognitivo;
¾ discende dal concetto di reazione
negativa applicato ad un sistema
“intelligente”;
ESTEROCEPTORS
AIM REHABILITATIVE
THERAPY
¾ il soggetto cerca vari “esperimenti
interni” su come controllare la
reazione ottenendone gradualmente il
controllo.
43
TV
LOUD
SPEAKER
AD
MICROPROC.
JOYSTICK
KEYBOARD
DIGITIZER
The apparatus
44
Some examples of programmed patterns
45
Stato dell’arte (1)
1
Interest/Enjoyment
6.00 ± 1.49
Perceived
competence
4.59 ± 1.89
Effort/importance
6.70 ± 0.72
Value/usefulness
6.15 ± 1.38
Pressure/tension
2.26 ± 2.07
Pain
2.39 ± 2.28
2
Sottoscale estratte dal questionario IMI
valutate in 9 pazienti su 12 del gruppo 2.
3
PARAMETRI PER
LA VALUTAZIONE
46
Stato dell’
dell’arte (2)
Università degli Studi di Napoli Federico II
Service via Web
For Home Tele-Rehabilitation
Relatore
Ch.mo Prof. M. Bracale
Correlatore
Dott. Ing. L. Pecchia
Dott. Ing. R. Tranfaglia
Candidata
Luisa Di Palma
Matr. 080/ 03
A.A. 2006/2007
47
Introduzione
Materiali e Metodi
Descrizione
Conclusioni
Caratteristiche del servizio
interfaccia
user--friendly
i t f
i web
b user
f i dl per consentire
ti
l’esecuzione degli esercizi da casa.
Acquisizione e memorizzazione dei tracciati
con successiva elaborazione dei dati di
interesse clinico
clinico--riabilitativo
Interfaccia medico per il management del
follow up del paziente
Introduzione
Materiali e Metodi
Descrizione
Conclusioni
La proposta di telematica
Collegamento
periodico
Centro
Specialistico
- elabora i compiti
p
- modifica la terapia
- analizza i risultati
Internet
- memorizzazione
e presentazione
del compito
PC
Paziente
Trattamento
domiciliare
Schermo LCD
E
Penna elettromagnetica - esecuzione
del compito
48
SOFTWARE
LATO CLIENT
Biofeedback visivo e acustico
Introduzione
Materiali e Metodi
Descrizione
Conclusioni
49
Introduzione
Materiali e Metodi
Descrizione
Conclusioni
Tipologie di Esercizio
R=
lunghezza percorso paziente
Introduzione
lunghezza no min ale percorso
Materiali e Metodi
Descrizione
Conclusioni
Parametri di interesse
Posizione traccia e rappresentazione X-Y
Velocità istantanea e Velocità media
Indice di Velocità:
Indice V
=
Velocità paziente
Velocità di riferimento
Indice R =
Lunghezza percorso paziente
Lunghezza nominale percorso
Numero di errori
50
Introduzione
Materiali e Metodi
Descrizione
Conclusioni
Parametri di interesse
Durata di errore
Tempo massimo di errore
Indice T =
Indice di Tempo:
Durata totale errori
Durata totale esercizio
Robot Score =
(
1
+ Indice V
Indice R
Performance Index =
)
Numero Errori
Robot Score
Livello difficoltà
Robot Score
Active Movement Index =
Punteggio teorico %
COMUNICAZIONE
MEDICO-PAZIENTE
Centro specialistico
PC
MEDICO
Analizza i parametri e la traccia
e modifica la terapia in funzione
di essi
INTERNET
Trattamento domiciliare
PC
Esecuzione
dell esercizio
dell’esercizio
assegnatogli
Schermo LCD e
penna
elettromagnetica
PAZIENTE
51