Biomedical Engineering - Valutazione Funzionale e Riabilitazione Motoria

First partial exam

Principali problemi della stimolazione elettrica funzionale La stimolazione elettrica funzionale è una tecnica volta al recupero totale o parziale di attività motorie compromesse. Il primo limite della SEF è che essa può essere impiegata unicamente se i circuiti nervosi periferici e l’ultimo neurone risultano integri. Una delle principali problematiche della SEF è la modalità di graduazione della forza prodotta: nel sistema naturale vengono eccitate in successione diverse unità motorie, nel caso di muscolo eccitato artificialmente, invece, le unità motorie che giacciono nel volume in cui il campo elettrico applicato sia sufficientemente intenso si contraggono simultaneamente in quanto i nervi che le innervano vengono investiti dallo stimolo della SEF in maniera sincrona. Per questo motivo la SEF non permette un fine controllo della forza. Per incrementare il livello di contrazione del muscolo è necessario o ampliare il campo, per aumentare il numero di unità motorie interessate, e/o aumentare la frequenza di stimolazione, però non è comunque possibile modificare l’ordine di reclutamento delle diverse unità motorie. Questo aspetto è poco funzionale e porta rapidamente ad un affaticamento delle fibre muscolari sotto stimolo, infatti tale tecnica non rimane efficace per un lungo periodo in quanto le unità motorie attivate (prevalentemente FOG e FG) hanno una bassa resistenza all’affaticamento. Inoltre, gli stimoli elettrici che investono il tessuto nervoso possono provocare effetti negativi per applicazioni di lunga durata. Definizione e possibili cause della spasticità La spasticità è un aumento dell’eccitabilità del riflesso da stiramento velocità dipendente. Essa presenta lesioni delle vie piramidali del sistema nervoso centrale. La spasticità si manifesta con rigidità muscolare (resistenza al movimento passivo), cloni muscolari e contratture muscolari involontarie. Il riflesso da stiramento vede interessati il motoneurone alpha, il recettore fuso neuromuscolare, la fibra afferente 1a e le fibre gamma. L’eccitabilità di tale riflesso è controllata da diverse strutture spinali e sopraspinali per cui le cause della sua aumentata eccitabilità, e quindi della spasticità, sono ma molteplici: iper-eccitabilità del motoneurone alpha dovuta ad un eccesso di comando discendente; • Iper-attività fusi motoria conseguente ad un eccitazione dei motoneurone gamma (sotto controllo di un comando • discendente); Riduzione dell’ inibizione prodotta dalle fibre afferenti di tipo II; • Riduzione dell’ inibizione prodotta dalle fibre afferenti di tipo Ib; • Riduzione dell’ inibizione pre-simpatica selle fibre Ia; • Riduzione dell’ inibizione reciproca da parte dei muscoli antagonisti; • Riduzione dell’ inibizione ricorrente di Renshaw. • Confronto tra modalità di reclutamento fisiologico e artificiale delle unità motorie e descriverne le implicazioni sulle caratteristiche della forza sviluppata e sull’affaticamento Secondo il principio di reclutamento di Henneman (reclutamento fisiologico delle unità motorie) esiste una corrispondenza tra le caratteristiche dei motoneuroni e le fibre muscolari che essi innervano. Le prime unità motorie che vengono attivate per bassi valori di forza richiesti al muscolo sono quelle composte da fibre muscolari di piccolo diametro, lente, a metabolismo ossidativo, resistenti all’affaticamento, le quali compongono piccole unità motorie (ovvero con un basso rapporto di innervazione) e che ricevono assoni di piccolo diametro provenienti da motoneuroni piccoli (caratterizzati, quindi, da basse velocità di conduzione). Le unità motorie attivate successivamente, quindi quando il valore di forza richiesto al muscolo aumenta, sono quelle “grandi”, ovvero quelle ad alto rapporto di innervazione, composte da fibre muscolari di diametro maggiore innervate da assoni di grande diametro provenienti da motoneuroni più grandi. Le fibre muscolari facenti parte di queste unità motorie sono veloci, a metabolismo glicolitico, facilmente affaticabili, ma in grado di generare nell’immediato forze d’intensità elevata. In condizioni naturali, quindi, grazie alla modalità di reclutamento delle diverse unità motorie, vi è un fine controllo dell’intensità della forza prodotta. Nel momento in cui la forza richiesta al muscolo diminuisce le prime unità motorie che vengono dereclutate sono le ultime che sono state reclutate in quanto maggiormente affaticabili, infatti quelle che perdurano per tutta la durata dello stimolo sono quelle lente ossidative. Nel caso di muscolo stimolato artificialmente questo non avviene: infatti le unità motorie vengono attivate contemporaneamente nell’istante in cui risentono dello stimolo elettrico e quindi non si ottiene un fine controllo della forza ed, inoltre, il muscolo risulta maggiormente affaticabile, uno dei motivi per cui la stimolazione elettrica funzionale non può essere applicata per lunghi periodi (oltre al fatto che alla lunga danneggia il tessuto nervoso). Descrivere la distribuzione delle forze all’interfaccia moncone-invasatura nelle protesi trans-tibiali E’ necessario progettare un’invasatura adattata al moncone del paziente per trasmettere in maniera adeguata il peso corporeo e mantenere il controllo della protesi stessa. Per far ciò, è possibile sagomare l’invasatura in modo tale che essa ed il moncone sia completamente accoppiati, oppure, modellandola in modo tale da localizzare le forze di contatto solo su certe zone predefinite. Inoltre, le forze agenti sul moncone sono controllabili andando ad agire sull’allineamento della protesi. Bisogna, quindi, considerare sia le forze agenti sul piano medio-laterale e su quello antero-posteriore. Per quanto riguarda le forze presenti sul piano medio-laterale, in posizione di appoggio completo, si hanno: il peso corporeo, la forza d’inerzia, la forza sul lato laterale (che si trova distalmente), la forza sul lato mediale (che si trova prossimamente), la reazione al suolo e la forza di supporto. Imponendo l’equilibrio delle forze risulta che la forza agente sul lato laterale della protesi può essere diminuita o aumentando la distanza di questa dal centro articolare del ginocchio o aumentando la forza d’inerzia. Si cerca di comprendere come poterla diminuire in quanto essa può risultare fastidiosa. Un modo è quello di spostare il punto di appoggio lateralmente in modo che tale forza venga trasferita sulla fibula, ma nella realtà è un metodo non applicabile in quanto la traslazione richiesta imporrebbe una postura scorretta. Un ulteriore ipotesi è quella di prolungare l’invasatura con un corsetto femorale sufficientemente rigido: in questo modo si produce un’azione mediale con conseguente riduzione delle delle azioni latero-mediali. Nel piano antero-posteriore invece, sia durante la fase di spinta sia durante quella di appoggio, le forze agenti sul moncone sono concentrate attorno al legamento patellare, sulla zona popliteale e sulla zona antero-posteriore della tibia. Tendenzialmente il momento richiesto all’anca per l’estensione del ginocchio è minimo in quanto la retta d’azione della reazione al terreo passa molto vicino al centro articolare dell’anca. In casi che necessitino di maggior controllo è possibile applicare un corsetto femorale con azione contenitivo dell’estensione articolare. Descrivere e motivare la necessità di ortesi a 3 e 4 punti di attacco Le ortesi a tre punti di attacco hanno lo scopo di controllare la rotazione di un’articolazione, contendendo l’azione di carichi che provocherebbero spostamenti non voluti. Ortesi di questo tipo sono costituite da una struttura rigida sulla quale sono vincolate delle cinghie per il contenimento dell’arto. Le cinghie hanno il compito di esercitare le forze sui segmenti in posizione distale e prossimale all’articolazione in questione: ci saranno quindi due forze posizionate prossimalmente e distalmente all’articolazione e una, di verso opposto, con retta d’azione passante per il centro dell’articolazione. Le ortesi a quattro punti di attacco, invece, vengono impiegate per il controllo delle forze normali articolari. Si ha necessità di ortesi di questo tipo quando vi sono importanti forze di taglio agenti sull’articolazione, quindi quando i legamenti e la capsula articolare sono danneggiati. Le ortesi impiegate in questo caso sono costituite da una struttura rigida e da quattro cinghie che applicano una coppia di forze di verso opposto su ciascun segmento: una forza posta sul segmento prossimale in posizione distale all’articolazione (R4), una di verso opposto sullo stesso segmento in posizione prossimale all’articolazione(R3), una sul segmento distale in posizione prossimale all’articolazione di verso opposto a R3 (R1) e una sempre sul segmento distale di verso opposto a R1 (R2). Dal momento in cui queste ortesi devono controllare le forze tangenziali e non limitare la rotazione, sono costituite da una cerniera allineata con il centro articolare che permette il movimento di flesso-estensione. Diagramma di controllabilità di una protesi per amputato trans-femorale sia per fase si pieno appoggio sia per fase di unloading prendendo come esempio un ginocchio policentrico a controllo volontario Nel caso di ginocchio policentrico a controllo volontario, CIR del ginocchio si trova all’interno della zona in cui la stabilità del ginocchio è garantita dai muscoli flessori ed estensori dell’anca. Per questo motivo questa tipologia di protesi viene progettata per soggetti molto attivi e con una buona funzionalità muscolare a livello dell’anca.  Tramite i grafici di controllabilità si analizza l’andamento dell’indice di controllabilità che indica l’entità del momento richiesto alla muscolatura per sbloccare il ginocchio. Nel caso di pieno appoggio, il diagramma di controllabilità vede valori, inizialmente, positivi per cui sarà necessario un momento estensorio e, successivamente, negativo e quindi un momento flessorio. Nella fase di scarico, invece, sarà prima flessorio e poi estensorio. Affaticamento muscolare e sef La stimolazione elettrica non permette di controllare la forza in maniera fine poiché vengono attivate tutte le UM sopra soglia in maniera sincrona, e non può rimanere efficace per tempi prolungati poiché le le prime unita motorie attivate più grandi che vanno incontro ad affaticamento più velocemente. Le soluzioni al problema dell’ affaticamento sono diverse: Cercare di attivare le fibre so bloccando le giunzioni sinaptiche che delle fibre veloci: attualmente gli studi per cercare di 1. ottenere un reclutamento come quello fisiologico sono stati fatti sugli animali, non è ancora possibile applicare tali tecniche sull’uomo. Cercare di cambiare le proprietà delle fibre veloci cercando di convertirle in lente: nei muscoli paretici si ha un 2. degeneramento delle fibre lente e quindi la forza non viene più prodotta dalle fibre SO resistenti all’affaticamento ma dalle fibre veloci, per cui il muscolo perde resistenza e forza. Per cercare di risolvere tale problema, si sfrutta la plasticità del muscolo tramite una tecnica detta “condizionamento muscolare” tramite la quale si stimola a frequenze progressivamente maggiori (in settimane) il muscolo in modo tale che esso riprenda forza e resistenza all’affaticamento. Sai usano intensità di stimolazione elevate per fare in modo di attivare anche le fibre lente così da riuscire a recuperare, in parte, la loro capacità di generare forza. Inoltre, tramite tale tecnica è possibile aumenta il potenziale ossidativo delle fibre FOG. Cercare i parametri migliori di stimolazione per ridurre la fatica: ci sono vari parametri da tenere in considerazioni, quali: 3. l’intensità, la durata, la frequenza e la localizzazione degli elettrodi. Alternare l’attività di diverse parti del muscolo: si cerca di recuperare, in parte, il turn-over muscolare fisiologico per cui le 4. UM hanno un maggior tempo di riposo tra una contrazione e l’altra. Test del pendolo è un test per l’analisi dei cambiamenti del tono nei disordini motori derivanti da alterazioni del neurone superiore. Il soggetto viene fatto sdraiare facendo sporgere la gamba dal lettino, l’arto viene sollevato e poi lasciato cadere. In soggetti normali, l’arto oscilla con un movimento regolare, mentre, in soggetti spastici le oscillazioni dell’arto sono smorzate. Mediante l’uso di un elettrogoniometro fissato a livello del ginocchio si misurano le variazioni dell’angolo nel tempo. L’indice maggiormente utilizzato per valutare la spastiticità degli estensori del ginocchio è il rapporto fra l’ampiezza della prima oscillazione e l’ampiezza della posizione finale raggiunta (in soggetti spastici vale circa 0,74), in quanto il primo picco della curva si ottiene Inizialmente fu usato come metodo per quanti ficare l’ipertonia dell’arto inferiore in pazienti a ffetti da Parkinson durante lo stiramento del quadricipite. Un altro parametro preso in considerazione è il rapporto fra l’ampiezza della prima oscillazione e l’ampiezza dell’angolo di rimbalzo il quale dipende dalle proprietà degli ischiocrurali. Tipi di elettrodi Esistono 3 tipi di elettrodi: Superficiali: è necessario l’utilizzo di gel conduttivi da porre tra l’elettrodo e la pelle per diminuire l’impedenza dovuta a 1. quest’ultima. Sono fabbricati in polimeri o in resine. Non sono invasivi. Hanno diversi svantaggi tra cui il fatto che la loro funzionalità dipende dal loro posizionamento sulla pelle il quale è reso non semplice da alcuni fattori quali il sudore, la presenza di cellule morte superficiali ecc. Durante il loro impiego bisogna considerare il fatto che la conduttanza della pelle varia in funzione del tempo e dello spazio. Con tali elettrodi non è possibile la stimolazione di muscoli profondi e la stimolazione selettiva. Percutanei: essi presentano una porzione impiantata ed una no. L’ago ipodermico si interfaccia direttamente con il 2. muscolo interessato mentre lo stimolatore elettrico è posizionato esternamente. Tale tipologia di elettrodi risulta maggiormente invasiva dei primi, non richiedono un intervento chirurgico complesso. Per evitare densità di corrente elevate si impiegano fili dal grosso diametro, per questo risultano meno selettivi degli elettrodi impiantati. Essi possono raggiungere muscoli profondi. Tuttavia, il loro utilizzo è limitato nel tempo in quanto vi è il rischio che l’ago possa rompersi all’interno del corpo e perché il passaggio dell’ago attraverso la cute aumenta il rischio di infezioni. Impiantati: sia lo stimolatore sia gli elettrodi sono impiantati, per questo motivo sono gli elettrodi maggiormente invasivi. 3. Sono molto selettivi e non richiedono pulizia giornaliera, il loro funzionamento è automatico. Vi sono diversi tipi di elettrodi impiantati: epimisiali (dischi di platino-iridio suturati sulla membrana esterna del muscolo), intra fascicolari (collocati nel perinervio, presentano la massima selettività), elettrodi a cuffia (composti di polimeri siliconico avvolti attorno al nervo) ed epineurali (suturati sulla membrana esterna del nervo). Riflesso H Il riflesso H (riflesso di Hoffman) rappresenta la risposta del pool motoneuronale ad uno stimolo elettrico in ingresso lungo le fibre Ia. Mediante l’analisi di tale riflesso è possibile valutare l’integrità del circuito del riflesso da stiramento e l’eccitabilità del pool motoneuronale. Lo stimolo elettrico è applicato mediante elettrodi di superficie posizionati su di un nervo periferico misto ed è costituito da un’onda quadra della durata di circa 1 ms. Per poter rilevare una risposta muscolare è necessario applicare uno stimolo di almeno 2-3 mA (l’onda impiegata è di breve durata e di piccola ampiezza per non evocare la comparsa dell’onda F che comprometterebbe i risultati). La forma quadra è la più vantaggiosa in quanto capace di provocare la depolarizzazione della membrana cellulare e la successiva contrazione. L’attività muscolare viene rilevata da degli elettrodi di registrazione situati sopra al ventre muscolare del muscolo d’interesse. Le fibre che vengono attivate dallo stimolo sono le Ia, quindi il riflesso H rappresenta l’attività del muscolo per via riflessa. Il segnale registrato ha una latenza di circa 50 ms (tempo impiegato dal potenziale d’azione generato dallo stimolo per giungere al midollo spinale, trasmettere il segnale al motoneurone, giungere alla placca motrice e attivare il muscolo) ed ha un andamento bifasico. L’ampiezza picco-picco dell’onda H è direttamente proporzionale all’intensità dello stimolo. Da un certo valore d’intensità dello stimolo in poi, oltre all’onda H, gli elettrodi di registrazione rilevano un’altra onda, l’onda M (stimolazione diretta del muscolo). Anch’essa ha un’ andamento bifasico, la sua ampiezza picco-picco è minore di quella dell’onda H e la sua latenza è di circa 25 ms. La latenza di tale onda è inferiore in quanto, se l’intensità dello stimolo è sufficientemente elevata, ne risente direttamente anche il motoneurone alpha, per cui il potenziale d’azione generato dallo stimolo sul motoneurone percorre il motoneurone stesso in direzione ortodromica e raggiunge direttamente il muscolo in un tempo inferiore. Il potenziale d’azione generato direttamente sul motoneurone percorre lo stesso anche in direzione antidromica (verso il midollo spinale in questo caso). La scarica antidromica produce uno stato di refrattarietà relativa negli assoni che attraversa e quindi li esclude temporaneamente dalla possibilità di condurre altri potenziali d’azione. Infatti, ciò che si registra all’aumentare dell’intensità di stimolazione, è un aumento dell’onda M e una diminuzione dell’onda H. L’onda M cresce fino ad un valore di saturazione il quale corrisponde all’attivazione di tutti i motoneuroni alpha presenti nel campo. La massima ampiezza dell’onda M è di circa 10-12 mV e raggiunge tale valore per uno stimolo di 15-20 mA (nel caso di stimolo nel verbo periferico misto del muscolo soleo). L’analisi del rapporto delle ampiezze delle due onde in condizioni di riposo permette di valutare lo stato di integrità del circuito del riflesso da stiramento. In condizioni fisiologico il rapporto tra l’ampiezza dell’onda H e dell’onda M è di circa 0.5; nel caso di spasticità tale valore aumenta fino a valori di 0.8 e 0.9 (motoneuroni alpha maggiormente eccitabili). Esercizio di rilasciamento muscolare (muscle release) L’esercizio inizia con il soggetto che appoggia la punta del piede su un rialzo mantenendo, così, il tallone sollevato. Durante questa fase il muscolo Soleo risulta leggermente attivato in quanto genera un momento per sostenere il peso dell’arto, per questo motivo il riflesso H registrato in questa prima fase presenta un’ampiezza maggiore di quella del valore di riferimento. Successivamente, si da il comando al paziente di abbassare il tallone. Questo corrisponde con un allungamento e quindi un rilasciamento del Soleo. Negli istanti successivi al rilasciamento si nota una completa assenza del riflesso H per un periodo di circa 500 ms ed una successiva fase in cui la sua ampiezza torna gradualmente alla condizione di riferimento. Questo comportamento sottolinea l’azione inibitoria dei centri superiori che controllano il movimento; se tale inibizione non fosse presente il muscolo non riuscirebbe ad allungarsi e quindi il paziente non potrebbe abbassare il tallone. Se si fa effettuare il medesimo esercizio ad un paziente affetto da spasticità, si nota un andamento del riflesso H differente: quando il paziente inizia ad abbassare il tallone verso il suolo l’ipereccitabilità del riflesso da stiramento provoca una brusca contrazione muscolare che fa riaccorciare il muscolo con conseguente reinnalzamento del tallone. A questo punto parte una seconda scarica di attività mioelettrica e il comportamento osservato è il medesimo. Tale meccanismo si ripete diverse volte (6 o 7) fino a quando il Soleo non raggiunge la lunghezza voluta. Questo avviene, però, in tempi dilatati e l’andamento della forza risulta oscillante. Osservando il riflesso H registrato durante l’esercizio si nota che nota la fisiologica mancanza del riflesso stesso nei primi istanti successivi all’allungamento del muscolo è assente e questo è a causa dell’ipereccitabilità del riflesso da stiramento che mantiene costantemente attivo il muscolo. Dopo il comando di rilassamento del muscolo si notano valori di ampiezze del riflesso H dispersi e sempre sopra al valore di riferimento. Questo denota un’incapacità del sistema di controllo del movimento di ridurre l’eccitabilità del pool motoneuronale. Curve di recupero H-H Le curve di recupero H-H mostrano l’andamento del riflesso H quando l’arco miotatico viene attivato da due stimoli riflessogeni consecutivi. Si ha che il comportamento del secondo riflesso H varia in relazione al tempo che intercorre tra la scarica del primo stimolo e la scarica del secondo. Ciò che interessa andare ad analizzare è l’andamento della seconda curva, chiamata “curva di recupero o di eccitabilità” e lo si fa osservandola in un grafico in cui nell’asse delle ascisse viene mostrato il tempo che intercorre tra i due stimoli e nell’asse delle ordinate, invece, l’ampiezza della curva espressa in percentuale rispetto all’ampiezza della prima. In condizioni fisiologiche, osservando la curva si distinguono 5 fasi: completa ineccitabilità per circa 2 ms; • Comparsa del riflesso per circa 10 ms; • Inibizione marcata del riflesso fino a 100 ms; • Intorno a circa 200 ms il riflesso assume valori simili ai valori di controllo; • Moderata inibizione per alcuni secondi. • In questo modo si va a studiare il comportamento della risposta H a seguito di un evento condizionante (condizionamento H- H). I condizionamenti possono essere di diversa natura: elettrico, acustico, visivo, tattile. Sach e protesi di carbonio con molle La protesi SACH (Solid Ankle Cushion Cushion Heel) è una protesi di piede artificiale monoassiale a carena rigida. Questa non presenta l’articolazione di caviglia, ma un cuscinetto in gomma per la costruzione del tallone il quale ha l’obiettivo di replicare le caratteristiche di ammortizzazione dell’articolazione del piede al terreno. Durante la fase di appoggio iniziale il cuscinetto si comprime per effetto della forza del peso corporeo producendo un’apparente flessione plantare simile a quella fisiologica. L’ancoraggio al resto della protesi avviene mediante piloni e attacchi. Vengono impiegate, ad esempio, le piramidi: si impila un prisma all’interno di una sede e tramite delle piccole viti è possibile orientare un elemento rispetto all’altro. I vantaggi di tale protesi, e più in generale dei piedi artificiali a carena rigida, sono la loro semplicità, il costo non elevato e la minima manutenzione necessaria in confronto alle altre. Risultano, però, pesanti e la loro mobilità è affidata alla deformabilità del materiale che le compone. Infine, la maggior parte dell’energia elastica che queste protesi immagazzinano durante il movimento viene dissipata in calore a causa degli attriti. Per risolvere tale problematica sono state progettate protesi a restituzione di energia o a risposta dinamica. Un piede artificiale di questo tipo che ha rivoluzionato la corsa è il piede a balestra: questo è composto da componenti elastici che permettono un lieve movimento. La tibia e la carena sono in un singolo pezzo realizzato in materiale composito a base di fibra di carbonio e resina epossidica. È inoltre presente una lamina posteriore che si interfaccia con il suolo durante la fase di appoggio iniziale garantendo tale appoggio in maniera simil-fisiologica. La lamina posteriore assorbe energia durante la fase di accettazione del carico e la restituisce quando il carico sulla punta risulta molto elevato per permettere la fase di spinta. Il piede a balestra viene impiegato principalmente su pazienti molto attivi e risulta funzionale sia nel caso di amputazioni sotto al ginocchio che sopra al ginocchio. Queste protesi sono dette anche ESR (Energy Store and Restitution). HKAFO con forze e momenti Le HKAFO sono ortesi che comprendono l’anca, il ginocchio, la caviglia ed il piede. Queste vengono impiegate, ad esempio, per la completa immobilizzazione degli arti inferiori o per il ripristino della deambulazione. Ne usufruiscono principalmente soggetti paraplegici ed hanno sia uno scopo terapeutico, sia lo scopo di incrementare il loro livello di indipendenza. Rappresentano un enorme vantaggio rispetto alla sedia a rotelle in quanto consentono il mantenimento della posizione verticale la quale aumenta la funzionalità intestinale, favorisce la circolazione periferica e riduce la probabilità di osteoporosi. Sono dotate si un corsetto di applicazione sul quale poggiano saldamente le sbarre laterali. A livello dell’anca, lateralmente, è presente una cerniera che permette i movimenti di flesso-estensione (entro certi limiti, possono essere sbloccate totalmente per la seduta); è importante che non siano concessi movimenti sul piano frontale (adduzione e obduzione). A livello del ginocchio sono presenti degli elastici i quali consentono al paziente la flessione del ginocchio in fase di seduta, invece durante il cammino a tale articolazione non è concesso alcun movimento. Tipicamente l’articolazione della caviglia è bloccata con AFO rigida. L’ oscillazione degli arti è prodotta dalla spinta del bacino e la deambulazione è concessa grazie a degli elastici: quando un arto tocca a terra l’elastico dietro tira l’anca controlaterale. Vi sono diversi tipi di ortesi HKAFO: Parapodium (3 punti di appoggio per l’anca che impediscono la sua flessione, 3 punti di appoggio per il ginocchio, la base inferiore è a forma di calotta sferica e può oscillare in senso antero-posteriore e medio- laterale, permettendo piccoli spostamenti), Swivel Walker (3 punti di fissaggio, il soggetto è posizionato su una piastra al di sotto della quale ce ne sono altre due che possono ruotare attorno all’asse verticale, questo meccanismo consente piccoli passi), Hip Guidance Orthesis o Parawalker (3 punti di attacco, la deambulazione è facilitata aumentando l’angolo di abduzione della anche), Reciprocating Gait Orthesis (il cammino è effettuato solo dalla flesso-estensione delle anche, l’estensione di un’anca provoca la flessione dell’anca controlaterale, questo avviene tramite i cavi di Bowden). Parawalker e RGO: differenze Il Parawalker (HGO) e il Reciprocating Gait Orthesis (RGO) sono entrambe ortesi HKAFO, per cui interessano anche, ginocchia, caviglie e piede. La principale differenza consiste nella presenza dei cavi di Bowden (due cavi che lavorano in razione) nella RGO: il soggetto appoggia un arto e solleva l’altro nel piano frontale, con una lieve retroversione del bacino la Ground Reaction Force passa dietro al centro di istantanea rotazione dell’anca e produce un momento estensorio, quando il piede è in appoggio il momento produce dell’anca controlaterale e, così, il piede controlaterale viene slanciato in avanti. L’aggiunta alla struttura base del Parawalker di questi cavi migliora la lunghezza del passo. Unmasking e sprouting alla morte del neurone Questi sono due dei fenomeni che possono avvenire, grazie alla plasticità del sistema nervoso, a seguito della lesione di un neurone. Con sprouting si intende lo sviluppo di nuove terminazioni sinaptiche: questo fenomeno permette l’incremento di neurotrasmettitore trasferito al neurone post-sinaptico e, quindi, il potenziamento del segnale in input. Si osserva tale fenomeno, ad esempio, quando a seguito della morte di un neurone un muscolo risulta parzialmente denervato ed il neurone prossimo a quello morto sviluppa nuove terminazioni sinaptiche per reinnervare il muscolo. L’unmasking, invece, coincide con la possibilità di riattivare connessioni sinaptiche ed assoni normalmente presenti, ma non utilizzati. Questo fenomeno avviene grazie alla ridondanza del sistema nervoso (infatti il numero di neuroni e di reti neuroniche presenti è sovrabbondante rispetto alle normali funzioni da svolgere). Stimolazione mioelettrica Esistono dei sistemi per la stimolazione con il controllo mioelettrico. Questi possono essere impiegati quando i muscoli del soggetto sono paretici e quindi non completamente paralizzati, perché è necessario che stimolo proveniente dal sistema nervoso centrale, seppur di bassa intensità, sia rilevabile dal sistema. Dal momento in cui tali segnali volontari saranno di debole intensità, non sono sufficienti per generare la contrazione muscolare, ma sono misurabili tramite degli elettrodi elettromiografici in grado di attivare lo stimolatore che produce, appunto, la stimolazione del muscolo al fine di contrarlo. Il maggior problema a cui questi dispositivi devono far fronte è l’arte fatto da stimolazione: devono rilevare segnali di poche frazioni di mV e generare, invece, segnali di centinaia di V per permettere la contrazione muscolare. Il segnale stimolatorio andrà ad interferire con gli elettrodi di rilevamento. Questo problema viene risolto andando a posizionare gli elettrodi di registrazione perpendicolarmente a quelli di stimolazione, in questo modo risultano interessati ugualmente dallo stesso artefatto ed il segnale di nodo comune viene ridotto. Successivamente si estrae il segnale volontario mediante degli algoritmi. Protesi femorale e tipi di invasatura In un amputato a livello femorale verrano recisi sia i muscoli anteriori che posteriori della coscia, perciò la protesi dovrà cercare di sopperire ad una ridotta stabilizzazione del bacino e alla mancanza di supporto del carico a ginocchio flesso. Per questo è necessario esaminare le forze dosa applicare per mantenere una stabilià medio-laterale ed anteriore-posteriore. a. Medio-laterale: in questa protesi la maggior parte dell’azione verticale è fornita dalle forze di contatto della protesi con la tuberosità ischiatica e con la massa muscolare del gluteo massimo. Mentre, l’altra parte dell’azione verticale è scaricata sul moncone trasferendosi sul bacino. Bisogna fare in modo che l’invasatura non sia troppo ampia perchè altrimenti ci sarebbe la possibilità di un eccessivo a abduzione provocando una concentrazione di pressione sulla parte laterale provocando dolore. Non è necessario un elevata attività dei muscoli abduttori per la stabilizzazione, poichè, nei soggetti amputati la retta d’azione risulta mediale rispetto al centro dell’anca, per cui è presente un momento minore che tende a far ruotare l’anca e, quindi, anche un piccola forza degli abduttori riuscirà a mantenere la posture. Mantenendo una stabilità anteriore- posteriore si minimizza lo scivolamento verso il basso del moncone che provocherebbe abrasioni sulla pelle. b. Antero-posteriore: si ottiene una stabilità anteriore-posteriore agendo sull’azione dei muscoli dell’anca e sulle caratteristiche dell’articolazione del ginocchio sulla protesi. È necessario che le forze anteriori siano localizzate più in alto possibile in modo tale che sia utilizzata tutta la lunghezza del moncone per controllare la stabilità del ginocchio e per mantenere la tuberosità ischiatica nella posizione corretta. Ci sono 2 sistemi che permettono la stabilità dell’anca: allineare l’asse del ginocchio in modo tale che la retta d’azione del carico passi anteriormente al ginocchio facendo in modo che rimanga in estensione. Utilizzare dei dispositivi che impediscano la flessione del ginocchio sotto carico (cilindri idraulici, frizioni..). In alcune situazioni di elevata fragilità è utile utilizzare un corsetto femorale: esso ha lo scopo di ridurre il carico estensorio sul ginocchio. L’invasatura rappresenta l’accoppiamento tra moncone e protesi, infatti, tramite l’invasatura avviene la trasmissione delle forze fra moncone e protesi. Per questo, bisogna tenere conto di diversi aspetti nella sua progettazione: deve tramettere il carico al terreno, deve distribuire le forze agenti sul moncone e deve realizzare delle forze di contatto confortevoli. Per far s che ciò avvenga l’invasatura deve essere il più possibile adattata e sagomante al moncone del paziente tendendo conto delle variazione che può avere. L’invasatura viene lavorata tramite la fresa, successivamente, viene fatto aderire su di essa un foglio di PE lavorato in modo tale da definire quale saranno le zone di carico. Solitamente, vengono usate come aree di contatto delle superfici ossee inclinate. Ci sono 2 tipologie di invasature: invasatura ad appoggio gluteo-ischiatico: il bordo superiore ha una forma rettangolare, nel bordo posteriore è presente il • “sedile ischiatico” in cui la protesi va a contatto con la tuberosità ischiatica formando una sedile in cui il paziente si appoggia, tramite il quale si sostiene parte del peso corporeo; invasatura a contenimento ischiatico: l’ischio è contenuto all’interno della protesi: il bordo superiore avvolge sia la parte • esterna del grande trocantere sia la parte mediale della tuberosità ischiatica. In questo caso si ha una migliore distribuzione delle pressioni e il carico è sostenuto dai tessuti molli. Maggior controllo della protesi. Negli ultimi anni, si è sviluppato l’utilizzo di cuffie in silicone/poliuretano che si interpongono fra il moncone e l’invasatura, in questo modo, se ci fossero degli striscamenti della protesi, avverrebbero fra l’invasatura e la cuffia senza interessa il moncone evitando dolore/abrasioni. Test per la spasticità I test che servono alla valutazione della spasticità sono diversi: riflesso tendineo: si stimola il tendine tramite un martelletto. Quello che si ottiene è uno stiramento del muscolo, per cui il • fuso si attiva, attivando le fibre Ia che attivano il motoneurone alfa che effettuerà la contrazione del muscolo. Se il paziente è affetto da spasticità, si ottiene una grossa contrazione muscolare e vi è una durata prolungata della contrazione. Riflesso H: • Riflesso tonico da vibrazione: lo stimolo è una vibrazione meccanica sul tendine. Quando tale vibrazione supera una certa • frequenza la contrazione diventas tonica, per cui si sviluppa gradualmente e si la forza che si sviluppa è bassa e non si diffonde ad altri muscoli. Tale contrazione ha una durata di alcuni secondi e tale riflesso può essere inibito volontariamente. Nel caso di pazienti affetti da spasticità tale riflesso aumenta e finisce bruscamente, si diffonde ad altri muscoli e non può essere inibito volontariamente. Il range di frequenza di vibrazione applicata al tendine è di 50-100 Hz. Curva di recupero H-H: • Test del pendolo: • Analisi della modulazione del riflesso H durante la locomozione: misura del riflesso H in condizioni dinamiche. Dato che la • stimolazione corretta è più difficile perchè è presente il movimento della pelle che ostacola l’arrivo dello stimolo al nervo, si monitora la risposta M: se varia allora varia anche H. Nel caso di soggetto normale, la risposta H è inibita nella prima fase d’appoggio (perchè il soleo è inibito dal tibiale anteriore) e durante tutta la fase di volo (perchè il soleo si allunga perche la punta del piede va verso l’alto), mentre, vi è un’elevata risposta H nella seconda fase d’appoggio. Nel caso di soggetto spastico, il riflesso H è aumentato nella prima fase d’appoggio, l’inibizione nella fase flessorio è ritardata, rapido recupero del periodo di inibizione. Fatica muscolare La fatica muscolare è il fenomeno che più caratterizza le fibre muscolari veloci le quali hanno un twitch di forza che dura pochi secondi la cui ampiezza diminuisce rapidamente. Per questo, la forza generata da tali fibre decade dopo pochi minuti. La fatica può essere sia soggettiva che oggettiva: soggettiva: è la sensazione di affaticamento personale • oggettiva: è una diminuzione misurabile della capacità di sviluppare forza dopo un certo sforzo. • Per misurare la fatica si utilizza l’endurance che è una misura temporale della capacità di mantenere una certa forza sopra una soglia predefinita. La fatica può insiorgere per varie motivazioni: accumulo di cataboliti ad azione tossica • Esaurimento delle fonti energetiche • Alterazioni della permeabilità tessuta le • Disturbi della regolazione e del controllo • In base alla tipologia di contrazione, la fatica può presentarsi in maniera più rapida: la condizione in cui si ha un più veloce insorgenza della fatica è durante la contrazione isometrica poichè si ha un aumento della pressione è una riduzione del flusso sanguigno per cui si ha una minor affluenza di ossigeno e, di conseguenza, le fibre lente si affaticano e si attiva il meccanismo anaerobico. Ortesi di ginocchio Tramite tale ortesi si vuole cercare di ristabilire la stabilità del ginocchio, cercando di ridurre al minimo o togliere del tutto spostamenti articolari. Tali ortesi vengono usate in diverse patologie: Tendenza a Varismo/valgismo quando l’articolazione è sotto carico • Traslazioni antero -posteriori elevate • Iperestensione del ginocchio • Indebolimento muscolare che provoca la flessione dell’articolazione quando è sotto carico. • Ci sono 3 tipologie di KO: tutori—>KO più semplice, composti da un tubo di neoprene che deve essere avvolto intorno all’articolazione. Hanno • un’azione contenitivo e limitativa dei momenti. Tutori stabilizzati—>presentano delle sbarre laterali per svolgere un maggior azione limitativa dei movimenti trasversali e di • rotazione interna ed esterna. Supporti rigidi—>sonno costituiti da una struttura a 3 punti di fissaggio, vengono impiegati quando vi è la necessità • un’elevata supporto articolare (ad esempio in caso di deficit del legamento crociato anteriore) Piedi ESR Queste protesi sono in grado di assorbire energia e di restituirla per la fase di spinta. Tali protesi possono essere schematizzate tramite un modello in cui il piede è rigido e l’elasticità è data da 2 molle (una posteriore e una anteriore). Con la protesi, la flessione plantare non supera mai la condizione di riposo, infatti, durante la prima fase della flessione plantare (appoggio tallone) la molla posteriore si comprime e poi ritorna al valore di riposo, successivamente, nella prima fase di flessione dorsale, la molla anteriore si comprime per poi arrivare al valore di riposo alla fine della fase di appoggio. Quando la molla posteriore si accorcia la variazione di allungamento è negativa (quindi la velocità sarà negativa) per cui la potenza (Fv) sarà, inizialmente, negativa e, successivamente, positiva. Stessa cosa per l’altra molla. Nel caso di molle ideali non ci sarebbe dissipazione, ma nella realtà una parte dell’energia è dissipata a causa dell’attrito. Vogliamo che tale energia sia la minore possibile e per minimizzarla si agisce sulla tipologia del rivestimento. Forme d’onda per la stimolazione elettrica funzionale Nella scelta della forma d’onda dello stimolo durante la stimolazione funzionale bisogna tenere presente diversi aspetti, infatti, dalla scelta della posizione degli elettrodi e dalla forma dell’onda può variare: la soglia minima per cui si ha una risposta; • corrosione degli elettrodi: in base allo stimolo ci sarà una cerca corrente anodica che può rovinare ’anodo per cui gli • elettroni possono attraversare i tessuti e danneggiare gli elettrodi; il danno tissutale: se il flusso corrente ha sempre la stessa direzione possono avvenire delle reazioni che portino alla • produzione di sostanze tossiche per i tessuti. Considerando questi 3 aspetti si possono analizzare diverse forme d’onda e cercare quella che nei vari aspetti ha una risposta migliore: Anodica (entrante): a livello dell’anodo genera un’elevata iperpolarizzazione aumentandp il danno tissutale, presenta una • soglia elevata e un rischio elevato di corrosione; Catodica (uscente): è migliore rispetto a quella anodica sia per la soglia che per la corrosione ma mantiene un elevato danno • tissutale poichè il flusso di corrente è sempre nella stessa direzione; Catodica+anodica: in questo modo migliora il danno tissutale (cambio direzione flusso di corrente) ma peggiora la soglia • (per il brusco cambio di direzione) e la corrosione; Catodica+intervallo+anodica: migliora la soglia (non c’è è più un brusco cambio di direzione) ma peggiora il danno tissutale • e la corrosione; Catodica+esponenziale: riesce a minimizzare il danno tissutale. È quella più utilizzata. • Reinnervamento delle fibre Durante il processo di reinnervazione gli assoni del moncone prossimale attraversano la zona danneggia e arrivano in corrispondenza dell’appropriata colonna di cellule di Schwann e, successivamente, vengono inglobati del citoplasma di tale cellule e alcuni vengono mielinizzati e raggiungono l’assone terminale formando sinapsi funzionanti. Gli assoni del moncone prossimale si allungano ad una velocità di 1-4mm/giorno. Però, la reinnervazione delle fibre muscolari non sempre avviene o avviene correttamente. Infatti, la riuscita della reinnervazione dipende da molti fattori che possono portare alla non riuscita del processo. Spesso, anche se la reinnervazione avviene, non rispecchia l’organizzazione funzionale originaria. Questo può avvenire perchè durante il percorso l’assone può deviare dal percorso (soprattutto durante la zona lesionata). Altrimenti, un altro motivo potrebbe essere che l’assone non riesca a raggiungere l’organo terminale oppure anche se lo raggiunge può non riuscire a creare sinapsi funzionanti per cui si ha la degenerazione dell’assone stesso. In generale, la reinnervazione funzionale è tanto più difficile tanto più aumenta la distanza dei due terminali. Per facilitare la reinnervazione di una fibra muscolare si può utilizzare la chirurgia, tramite la quale non si ricrea la giunzione tra i 2 terminali ma si crea un cono all’interno del quale l’assone può svilupparsi. In questo modo si crea un percorso senza interruzioni tra i due monconi, all’interno del quale si impedisce la formazione di tessuto connettivo/materiale esterno che possa impedire la crescita dell’assone ma, allo stesso tempo, non si creano tensioni nelle linee di sutura fra le due estremità. Spesso, per ridurre lo spazio tra i due monconi si utilizza delle posizioni di nervo autologo (p.e nervo surale). Successivamente alla reinnervazione di una fibra muscolare si ha un aumento del rapporto di innervazione poichè una unico neurone innerva più fibre muscolari facendo in modo tale che ci sia un maggior sincronismo tra le fibre e questo porta alla generazione di PA gigante, ma ,d’altra parte, si ha una minore capacità di graduare la forza.