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Principi di Bioingegneria

Lezione del 4 novembre 2009Lezione del 4 novembre 2009

Elettroterapia, Riabilitazione Cognitiva, Biofeedback

A cura dell’ing. Riccardo Tranfagliariccardo.tranfaglia@unina.it

IL SISTEMA NERVOSOCentrale (Unità di elaborazione e controllo)

Trasmissivo (Cablaggio)

SISTEMA NERVOSO

Sensoriale (dall'esterno)

UDITOVISTAGUSTOOLFATTOTATTO

Afferente (dalla periferia verso l'unità centrale)

Periferico Autonomo Per la regolazione diPeriferico Autonomo (dall'interno)

Per la regolazione di grandezze interne

Efferente (dalla unità centrale verso la periferia)

Azione su muscoli e ghiandole

Può essere:- volontario- involontario

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CELLULA NERVOSADue importanti caratteristiche fanno della cellula nervosa un punto importante nella 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 cioè la capacità di - la conduttività, cioè la capacità di propagare tale potenziale per una distanza rilevante e ad una velocità praticamente costante

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IL MUSCOLOLa funzione del muscolo è quella di creare una forza per stabilizzare o per muovere 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, è in grado cioè di modificare la propria struttura e, quindi, le prestazioni in rapporto alle variazioni delle richieste funzionali. (Allenamento fisico)

COMPONENTI DEL MUSCOLOIl muscolo è formato da cellule cilindriche ll l fib l i allungate, le fibre muscolari 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. connettivale, il perimisio. L’intero muscolo è poi circondato dall’epimisio.

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IL SARCOMEROLe fibre muscolari a loro volta sono formate da

ttili fil ti hi ti i fib ill h l sottili filamenti chiamati miofibrille che a loro volta contengono l’unità funzionale del muscolo: il sarcomero

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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 regolatriciLe miofibrille sono circondate da strutture costituite da membrana, h l i i iche al microscopio appaiono come

vescicole e tubuli (sistema sarcotubulare: sistema T e reticolo sarcoplasmatico)

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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;

Ti II A fib l i t i id - Tipo II A = fibre muscolari a contrazione rapida, 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 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 ad esempio la posturap pMuscoli bianchi (maggioranza di fibre di tipo II) rispondono velocemente e sono adatti a contrazioni di breve durata che richiedono molta forza

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Disposizione delle fibre muscolari

MOTONEURONII muscoli scheletrici sono innervati da

fib l i i i i i grosse fibre nervose, le cui origini 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 nervosa), le cui ramificazioni terminali prendono ciascuna contatto con una singola fibra muscolare

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UNITA’ MOTORIAL'unità funzionale del muscolo è l'unità motoria: è l'insieme del motoneurone e motoria: è l 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.

MOTRICEPLACCA

- MOTONEURONEα ASSONE

FIBREMUSCOLARI

MOTRICE

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Generazione dello StimoloPotenziali bioelettrici sono il risultato dell’attività elettrochimica di alcune cellule del tessuto nervoso e

lmuscolare.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’internocellula e minori all interno.La diffusione degli ioni attraverso la membrana causa l’instaurarsi di una differenza di potenziale dovuto all’accumulo di caricheQuando opportunamente stimolata, la membrana cellulare cambia le sue proprietà di permeabilità

POTENZIALE DI MEMBRANALe dimensioni dei pori della membrana cellulare sono tali da lasciar passare liberamente gli ioni Cl-, K+, ostacolare quelli Na+d i di il i d li i i i i A è i è ed impedire il passaggio degli anioni organici A-; essa è, cioè,

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 Fluido interstiziale

K+

A-

Na+Cl-

HCO-3

Port

Na+

Cl-

HCO-

K+

3

- +

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POTENZIALE DI MEMBRANAEsistono due metodi fondamentali mediante i quali i potenziali di membrana prendono origine: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 all'interno;quelli potassio dall esterno all interno;la diffusione di ioni attraverso la membrana, conseguente ad una differenza di concentrazione tra i due lati della membrana stessa.

POTENZIALE DI AZIONELe 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.

0

+30

MSEC AFTER STIMULUS

1 2 3 4 5 6 7

-85

MILLIVOLTS

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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.

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CONDUZIONE DEL POTENZIALEIl fenomeno è detto ‘’depolarizzazione’’ e si propaga lungo tutta la fibra nervosa in quanto propaga lungo tutta la fibra 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. fibra nervosa può essere in rapporto.

+ + + + + + + - - - - - - + + + + + +

+ + + + + + + - - - - - - + + + + + +

- - - - - - - + + + + + + - - - - - - - - - - - - - + + + + + + - - - - - -

+ + + + + ++ + + + + +

Trasmissione dello stimolo al muscoloUna sinapsi è composta da:

membrana presinapticap pspazio sinapticomembrana 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.

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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’azione che viaggia lungo la fibra muscolaregenera un potenziale d 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 DURATAL’eccitazione dì una fíbra nervosa o muscolare dipende sia dall'ampiezza che muscolare dipende sia dall 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.

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Reobase: indica l’intensità di corrente minima in grado di eccitare un 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.

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PARAMETRI DI STIMOLAZIONE1. L’intensità dello stimolo2. 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 rapporto inoltre non è costante per 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 Cmla sua capacità (resistività = 1000 ohm/cm2, capacità specifica = 2 – 5 microFarad/cm2 ).

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REFRATTARIETA’Durante il periodo in cui la membrana dà origine al potenziale d’azione la capacità origine al potenziale 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 MUSCOLARESe una fibra muscolare viene stimolata ripetutamente a brevi intervalli di tempo ne ripetutamente a brevi intervalli di tempo ne risulterà una fusione delle singole scosse, fino a formare una contrazione continuadetta ”tetano muscolare”, di gran lunga maggiore di quella della singola scossa. Le fibre muscolari lente dei muscoli rossi richiedono 20 stimoli al secondo per richiedono 20 stimoli al secondo per formare il tetano, mentre quelle rapide dei muscoli bianchi da 60 a 100 stimoli al secondo.

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TEMPO DI CONTRAZIONELa frequenza di scarica ottimale del motoneurone è quella minima utile perchè le singole scosse muscolari si q p gfondano 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 muscolariL'ordine di reclutamento dei motoneuroni risponde al principio della grandezza: minore è 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 scaricano a bassa frequenza per a più bassa 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.

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Reclutamento temporale

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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 della contrazione muscolare, della fisiopatologia muscolare.

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ELETTROMIOGRAFIALa membrana depolarizzata, che è accompagnata da un movimento di ioni, genera un campo magneticoun movimento di ioni, genera un campo magneticonelle 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’elettrododalle proprietà filtranti dello stesso

Il potenziale d'azione di unità motoria (MUAP) rappresenta la forma d'onda di tensione consistente ppnell'integrazione spazio - temporale dei Potenziali d'azione delle singole fibre che la costituisconoAlla 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.

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ANALISI DEL SEGNALE MIOGRAFICO

La forma del potenziale, la sua durata e le relative fasi rappresentano le informazioni 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 perdita eccessiva di sincronizzazione nella contrazione delle fibre muscolari costituenti l'unità motoria) è da considerarsi patologica (Buchthal).

Schema a blocchi

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Tracciati di interferenza

L'i i ( i l ) di i i L'interazione (spazio - temporale) di tutti 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”

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SPETTRO DEL EMG

Lo spettro del segnale EMG è composto da due parti: Una dovuta alle frequenze di sparo delle unità motorie (UM)

ùq p ( )

più 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

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Apparecchi per Elettrodiagnosi

Rilevano caratteristiche di eccitabilità e conduzione elettrica di tessuti nervosi muscolari ai fini della diagnosiRilevano curva intensità-tempo e velocità di conduzione del potenziale di azione lungo le fibre nervose.g

Principio di funzionamentoIl principio di funzionamento delle apparecchiature per elettrodiagnosi si base sull' applicazione di stimoli elettrici e

ll d ll l lsulla osservazione della risposta elettrica o meccanica a tali 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)i t l tt i d l il t t i l tt di risposta elettrica del nervo rilevata con opportuni elettrodi

di prelievo e con apparecchiature più sofisticate delle precedentirisposta elettrica conseguente alla attivazione di fibre sensoriali e rilevata tramite tecniche di analisi dei potenziali evocati

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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).

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StrumentazioneLa maggior parte delle apparecchiature di elettrodiagnosi consente misure semielettrodiagnosi consente misure semi-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 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 sicurezzacomuni a tutte le apparecchiature collegate ad un paziente per mezzo di elettrodi in particolare la p p pcorrente di dispersione da elettrodi e da telaio non deve superare i 100 μAevitare 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 pazienteLa tecnica di stimolazione e' quasi sempre unipolare

l tt d di ti l i i l con un elettrodo di stimolazione piccolo 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.

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APPARECCHI PER ELETTROTERAPIAGli apparecchi di elettroterapia consentono di effettuare trattamenti terapeutici basati 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 centralegenerare contrazioni muscolari in pazienti affetti 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 denervatimascherare o attenuare il sintomo dolore

ELETTROTERAPIACol termine "elettroterapia" si è soliti indicare l’utilizzazione a scopo terapeutico indicare l 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)nella zona da trattare (ionoforesi).

Nella seconda rientrano sia le correnti eccitomotorie, quelle con effetto antalgico (correnti diadinamiche e TENS) e quelle con effetto termico.

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Schema a blocchiELETTROTERAPIA

Correnti ad effetto terapeutico La terapia con correnti elettriche produce unaserie di effetti sull’organismo (termici, chimici,elettromagnetici) che sono a loro volta responsabili delle azioni terapeutiche:

eccitomotoria vasomotoria analgesica-sedativa veicolante

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Classificazione delle correnti

Classificazione in base alla frequenza: all’interno delle classi individuate le correnti si differenziano ulteriormente in base agli effetti terapeutici

Bassa FrequenzaBassa Frequenza(1(1 800H )800H )

Correnti antalgicheCorrenti antalgiche: diadinamiche, TENS, Alto Voltaggio, Interferenziali

(1(1--800Hz)800Hz)Correnti veicolanti di Correnti veicolanti di farmacifarmaci: Ionoforesi, iontoforesi

Media FrequenzaMedia Frequenza( 800Hz a 1kHz)( 800Hz a 1kHz) Correnti di stimolazione Correnti di stimolazione ( 800Hz a 1kHz)( 800Hz a 1kHz)

Alta FrequenzaAlta Frequenza(10 a 80kHz)(10 a 80kHz)

Correnti di stimolazione Correnti di stimolazione muscolaremuscolare: Kotz, esponenziali, faradiche, ad impulsi

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Correnti Veicolanti IONOFORESIIONOFORESI: utilizza una corrente continua unidirezionale per

veicolare attraverso la cute gli ioni attivi di un farmaco disciolti in 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)

IONTOFORESIIONTOFORESI: utilizza una corrente diretta interrotta a frequenza media 8kHz con Duty Cicle del 95% per veicolare ioni frequenza media 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 li l tt di ò posizionati gli elettrodi, può essere:diretta, se avviene sul "punto motore" del muscolo,indiretta, se viene stimolato il nervo motore corrispondente.

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Parametri di funzionamento

In generale e' possibile selezionare:la forma d'onda della tensione o della corrente applicata al paziente tramite elettrodi cutaneii parametri di tale forma d'ondagli intervalli di durata e di pausa del gli intervalli di durata e di pausa del treno di impulsi applicato al pazientela durata della seduta

Forme d’onda

Gli impulsi di stimolazione hanno durata regolabile dalla decina di micro secondi al secondo, intensita' regolabile tra gO e 150 V in tensione e da 0 a circa 100 mA in corrente.

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Correnti Interferenziali

C ti Di di i hCorrenti Diadinamiche

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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.

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Sicurezza del pazienteStesse norme degli apparecchi di elettrodiagnosiE' particolarmente importante che nel caso di uscite 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. C d tt i i i d i t Conduttori e cavi con guaina danneggiata possono costituire serio pericolo per l'operatore.E' in generale pericoloso utilizzare apparecchiature di elettroterapia su portatori di stimolatori cardiaci

TERAPIA CON CORRENTI CONTINUEPer corrente continua (c.c.) si intende una corrente che abbia direzione e intensita' costante nel tempo. L'utilizzo abbia direzione e intensita costante nel tempo. L 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.

Rp

Elettrodo Positivo Legge di Ohm

Fig.1 Schema base di applicazioni elettroterapiche in

I VR R R R

cc

p p g m

=+ + +

Rg

Rm

Rp

Vcc

Elettrodo negativo

g pp pcorrente continua.Vcc: Tensione di alimentazione (variabile)Rp: Resistenza della pelleRg:: Resistenza del grassoRm: Resistenza dei muscoli

RRR

p

g

m

=

=

=

50010

KOHM - 1 MOHM KOHM - 50 KOHM

1 KOHM - 5 KOHM

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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 Per che limita in generale la corrente che attraversa i 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.

ElettrodoCuteTessuto sotto c.

(a)

+

+ +

- -

-

ioni(b)

(a) Elettrodo posto sulla cute asciuttab) 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

i t d ll t Q t d i t lt resistenza della cute. Questo avendo una resistenza molto 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.

Rp

Elettrodo Positivo

RsVcc: Tensione di alimentazione (variabile)Rp: Resistenza della pelleRg:: Resistenza del grassoRg

Rm

Rp

Vcc

Elettrodo negativo

Rs

Rg:: Resistenza del grassoRm: Resistenza dei muscoliRs: Resistenza della spugnetta (100 OHM ca)

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STIMOLATORI MUSCOLARI, NEUROMUSCOLARI E ANTALGICI.

Con i termini "Stimolatori muscolari, neuromuscolari e antalgici" si intende una famiglia di apparecchiature di l lelettroterapia progettate e commercializzate 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 funzionamentoLo stimolatore deve applicare alla cute del

i i l i l i i i i paziente impulsi elettrici aventi parametri 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 Lo schema a blocchi dello strumento include quindi sempre un generatore di impulsi e un convertitore di tensione, come indicato in figura.

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STIMOLATORE PERONEALEstimolatore funzionale per la correzione del

i d ll' i l icammino dell'emiplegico

Elettro-stimolatore

Arto plegico

Elettrodi

Suoletta collegata allo stimolatore

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SicurezzaEvitare l’utilizzo durante la carica delle batterie. Alcuni apparecchi non lo permettono e questa non è una pp p qcarenza 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 cardiaciinterferenza con la attività di stimolatori cardiaciEvitare di applicare elettrodi tra i due artiAvviare la stimolazione solo dopo aver posizionato gli elettrodi

APPARECCHI PER BIOFEEDBACKLe apparecchiature per biofeedback consentono forme di riabilitazione o di "training" di un paziente basate g psulla 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 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.

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Principio di funzionamentoIl principio di funzionamento di una apparecchiatura per biofeedback si basa sul prelievo di un segnale di 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 parametro di interessa e di un display analogico o digitale che presenta il risultato al paziente.

Altre Apparecchiature

Schema a blocchi Biofeedback

Trasduttore o

elettrodi

Amplificatore

Elaborazione

(calcolo di parametri di interesse)

pp

(Calcolatori e registratori)

Presentazione Parametri

Comparatore di soglia

Segnale acustico e/o ottico

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basata sulle opportunità riorganizzative assunte dalla zona del cervello lesa;

Cognitive Rehabilitation

concetto di neuroplasticità:

riorganizzazione funzionaleriarrangiamento strutturale (fenomeno dello sprouting);

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 i ll’ i

COMPARISON AND MEMORY

CONTROL AND CODING

CONTROL OUTPUT

E’ un tipico approccio terapeutico di tipo cognitivo;

discende dal concetto di reazione

presentati all’organismo stesso che produce questi

eventi

ESTEROCEPTORS

AIM

PROPRIOCEPTORS

REHABILITATIVE THERAPYdiscende dal concetto di reazione

negativa applicato ad un sistema “intelligente”;

il soggetto cerca vari “esperimenti interni” su come controllare la reazione ottenendone gradualmente il controllo.

AIM THERAPY

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LOUD SPEAKER

TV

JOYSTICK

AD MICROPROC.

KEYBOARD

DIGITIZER

The apparatusThe apparatus

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Some examples of programmed patternsSome examples of programmed patterns

46

Stato dell’arteStato dell’arte (1)(1)

Interest/Enjoyment 6.00 ± 1.49

Perceivedcompetence

4.59 ± 1.89

Effort/importance 6.70 ± 0.72

Value/usefulness 6.15 ± 1.38

2

Pressure/tension 2.26 ± 2.07

Pain 2.39 ± 2.28

Sottoscale estratte dal questionario IMI valutate in 9 pazienti su 12 del gruppo 2.

1

3

PARAMETRI PERLA VALUTAZIONE

47

Stato dellStato dell’’artearte (2)(2)

Università degli Studi di Napoli Federico IIUniversità degli Studi di Napoli Federico II

Service via WebFor Home Tele-Rehabilitation

Relatore CandidataCh.mo Prof. M. Bracale Luisa Di Palma

Matr. 080/ 03CorrelatoreDott. Ing. L. PecchiaDott. Ing. R. Tranfaglia

A.A. 2006/2007

48

Caratteristiche del servizioCaratteristiche del servizio

i t f ii t f i bb f i dlf i dl ti

Introduzione Materiali e Metodi Descrizione Conclusioni

interfacciainterfaccia webweb useruser--friendlyfriendly per consentirel’esecuzione degli esercizi da casa.

AcquisizioneAcquisizione ee memorizzazionememorizzazione deidei tracciatitracciaticoncon successivasuccessiva elaborazioneelaborazione deidei datidati didiinteresseinteresse clinicoclinico--riabilitativoriabilitativo

InterfacciaInterfaccia medicomedico perper ilil managementmanagement deldelfollowfollow upup deldel pazientepaziente

La proposta di telematicaLa proposta di telematicaIntroduzione Materiali e Metodi Descrizione Conclusioni

Collegamento periodico

- elabora i compiti- modifica la terapia

Centro Specialistico

- memorizzazione e presentazione del compito

p- analizza i risultati

PC

Internet

Schermo LCDE

Penna elettromagneticaTrattamento domiciliare

del compito

- esecuzione del compito

Paziente

49

SOFTWARE LATO CLIENT

Biofeedback visivo e acustico

Introduzione Materiali e Metodi Descrizione Conclusioni

50

Introduzione Materiali e Metodi Descrizione Conclusioni

Tipologie di EsercizioTipologie di Esercizio

Parametri di interesseParametri di interessepercorsoalenolunghezzapazientepercorsolunghezzaR

min=

percorsoalenolunghezzapazientepercorsolunghezzaR

min=

percorsoalenolunghezzapazientepercorsolunghezzaR

min= Introduzione Materiali e Metodi Descrizione Conclusioni

Posizione traccia e rappresentazione X-Y

Velocità istantanea e Velocità media

Indice VIndice V == Velocità pazienteVelocità pazienteVelocità di riferimentoVelocità di riferimento

Indice di Velocità:Indice di Velocità:

Indice RIndice R ==Lunghezza percorso pazienteLunghezza percorso pazienteLunghezza nominale percorsoLunghezza nominale percorso

Numero di errori

51

Introduzione Materiali e Metodi Descrizione Conclusioni

Parametri di interesseParametri di interesseDurata di errore

Durata totale esercizioDurata totale esercizio

Durata totale erroriDurata totale erroriIndice TIndice T ==Indice di Tempo:Indice di Tempo:

Indice VIndice VRobot ScoreRobot Score ==11

Indice RIndice R( ++ ) Numero ErroriNumero Errori

Tempo massimo di errore

Robot ScoreRobot ScoreLivello difficoltàLivello difficoltà

Performance Index =Performance Index =

Robot ScoreRobot ScorePunteggio teorico %Punteggio teorico %

Active Movement Index =Active Movement Index =

MEDICOPC

Centro specialistico

COMUNICAZIONE MEDICO-PAZIENTE

PC

Trattamento domiciliare

Esecuzione dell’esercizio

Analizza i parametri e la traccia e modifica la terapia in funzione di essi

INTERNET

PAZIENTE

dell esercizio assegnatogli

Schermo LCD e penna

elettromagnetica