Lezioni di Riabilitazione Motoria

Riabilitazione motoria

Capitolo 1 - Introduzione

Definizioni

Riabilitazione: Messa in opera di tutti i mezzi atti a favorire lo sviluppo del massimo potenziale della persona disabile sul piano fisico, psichico, sociale, vocazionale.

Danno: Difetto o anomalia derivante da una malattia.

Disabilità: Impossibilità di svolgere una funzione con stesso tipo di sforzo di un soggetto normodotato. Per un certo tipo di danno è possibile introdurre dispositivi che permettano di svolgere date funzioni e ridurre quindi la disabilità.

Handicap: Svantaggio derivante dall’interazione tra disabilità e richiesta o aspettativa dell’ambiente (ad esempio lo svolgimento di attività lavorative o ricreative). Questo aspetto può essere migliorato eliminando barriere di tipo architettonico o delle condizioni di vita.

Gli interventi possibili

• Limitazione del danno: Interventi medici che prevengano o curino la malattia.
• Superamento della disabilità
  • Protesi: Sostituiscono una parte anatomica.
  • Ortesi: Aiutano una parte anatomica a svolgere le proprie funzioni.
  • Ausili funzionali (es. carrozzina): Permettono di svolgere la funzione con modalità diverse da quelle fisiologiche, sono usati anche in caso di disabilità non gravi.
• Riduzione dell’handicap: Ausili insieme a misure di carattere ambientale e sociale.

Metodo della stimolazione elettrica funzionale (FES): Quando una certa categoria di muscoli non è utilizzata la si può stimolare elettricamente per permettere di recuperare la funzionalità.

Stima della disabilità: Si ritiene che in Europa circa 40 milioni di persona soffrano di disabilità, cioè quasi l’11% della popolazione. Nei Paesi in via di sviluppo le problematiche sono principalmente malnutrizione e malattie infettive, mentre nei Paesi industrializzati, a causa dell’allungarsi della vita si assiste ad un decadimento delle funzionalità (naturale depauperamento dei neuroni).

Classificazione in base all'origine

• Traumi
• Lesioni congenite (ad esempio bambini prematuri)
• Disturbi cronici legati all’anzianità
• Altre cause (tumori, malattie degenerative, eventi cardiovascolari)

Il ruolo della bioingegneria nel settore della riabilitazione è quello di:

1. Fornire strumenti e metodi per la quantificazione del danno e la valutazione funzionale.
2. Fornire supporto metodologico e tecnologico nella pianificazione dell’intervento (serve una corretta interpretazione dei dati).
3. Studiare e migliorare dispositivi riabilitativi.

L’OMS, nel 2001, è giunta al concetto di riabilitazione visto prima e ha individuato i livelli di intervento della riabilitazione.

• Funzioni corporee, fisiologiche e psicologiche (intervengono i clinici)
• Strutture corporee, parti anatomiche (interventi, protesizzazione)
• Attività, come si svolgono le funzioni (ausili funzionali)
• Partecipazione, coinvolgimento dell’individuo
• Fattori ambientali, caratteristiche esterne che possono avere impatto sulle prestazioni.

Capitolo 2 - Il sistema neuro-muscolo-scheletrico

• Sistema motorio: Comprende i muscoli, attuatori che eseguono comandi.
• Sistema sensoriale: Comprende vista, udito, gusto, olfatto e tatto.
• Sistema cognitivo: Interpreta i segnali dandovi un significato e innescando delle reazioni.

Il concetto di integrazione sensorimotoria comprende gli stimoli che ci arrivano dall’esterno e gli atti motori che ne conseguono. I sistemi sensoriali ricevono informazioni dall’ambiente e le forniscono ai sistemi cognitivi sotto forma di sensazioni, poi sulla base di tale sensazione si prendono decisioni volontarie di eseguire un movimento tramite il sistema motorio. Vi è però anche la possibilità di interazione tra sistemi sensoriali e motori, senza passare dai cognitivi, e ciò dà luogo a movimenti riflessi (questo avviene a livello spinale, con reti neurali dotate di poche sinapsi). Esiste infine la possibilità che il sistema motorio fornisca informazioni al sistema sensoriale e che poi eventualmente queste siano elaborate dai sistemi cognitivi.

Vi sono situazioni in cui manca il collegamento tra i sistemi sensoriale e motorio, o c’è ma non viene utilizzato. Si è visto che, ad esempio, facendo muovere artificialmente il paziente paraplegico si rinforzano queste vie di comunicazione. Corteccia: pochi millimetri di spessore che avvolgono l’encefalo. Non conosciamo ad oggi la funzione di tutte le zone della corteccia.

Le aree motorie mandano comandi discendenti attraverso vie piramidali (informazioni vanno direttamente al livello spinale interessato) o extrapiramidali (queste vie si fermano a livello del tronco encefalico e interagiscono con vari nuclei della zona, per poi scendere). Occlusioni di queste vie possono essere causate da coaguli o da bolle d’aria (embolia), si avranno quindi danni alle zone del corpo governate dalle parti del sistema andate in necrosi.

Gangli della base, talamo e cervelletto rappresentano un’altra possibile via per i segnali che arrivano dalla corteccia e poi da qui il percorso procede comunque verso il basso.

Esiste poi il sistema di retroazioni dal sistema muscolare ai centri superiori, costituito da numerosi recettori (di forza, lunghezza, velocità di variazione di lunghezza, posizione articolare). Sostanzialmente vengono registrati gli effetti delle forze applicate, in modo tale da stabilire quali modifiche vadano introdotte al movimento.

• Recettori di posizione articolare: Si trovano in una struttura fibrosa (capsula articolare) e sentono le deformazioni di questa struttura, oppure possono essere recettori cutanei che rilevano le deformazioni della pelle.
• Recettori di lunghezza e velocità di variazione di lunghezza: Sensori all’interno del muscolo, che rilevano informazioni circa la funzione di contrazione del muscolo (tali recettori ricevono segnali efferenti attraverso le fibre gamma per modificare la loro sensibilità e inviano segnali tramite e fibre Ia e II).
• Recettori di forza: Si trovano a livello delle inserzioni tendinee (mandano segnali tramite le fibre Ib).

Contrazione muscolare:

• Concentrica, il muscolo si accorcia, la forza esterna è minore di quella generata;
• Eccentrica, il muscolo si allunga, la forza esterna è maggiore di quella generata.

Un’ulteriore retroazione legata alle caratteristiche stesse del muscolo, ovvero alla sua lunghezza e alla sua velocità di contrazione, è il fatto che la contrazione sia isometrica o meno. Quindi in base all’entità della forza esterna, le fibre muscolari reagiscono rimanendo della stessa lunghezza o cambiando dimensione.

Sistemi di feedback e feedforward

Feedback: L’uscita del nostro sistema (forza, angolo articolare) è rilevata dai recettori del movimento e viene inviata ad un comparatore, che confronta risultati e comandi. Nel caso ci fossero differenze, il comparatore modifica il comando per realizzare il movimento desiderato. Serve però tener conto della latenza del muscolo, la compensazione avviene solo dopo che si è verificato il disturbo.

Feedforward: Sistemi che ricevono informazioni sulle variabili di stato del soggetto (segnali sensoriali predittivi) e anticipazioni riguardo al disturbo. Possono agire direttamente sul muscolo, oppure sul controllore di feedback. Es. soggetto che gioca a tennis deve prevedere forza e traiettoria della pallina prima che questa raggiunga la racchetta, con la pratica queste informazioni si perfezionano.

I muscoli

I diversi componenti di attuazione dei movimenti sono caratterizzati da limitazioni nel loro funzionamento. I muscoli hanno innanzitutto un ritardo tra la ricezione del segnale e la produzione della forza. Inoltre, la forza viene prodotta sotto forma di un impulso (twitch), che dura poche decine di millisecondi. Se la frequenza di tali twitch è abbastanza elevata, la somma di questi può portare ad un unico impulso graduato. Infine, vi è un altro aspetto da tenere in considerazione, ovvero il numero di fibre muscolari interessate dal movimento. La contrazione di tutte le fibre muscolari alla massima frequenza possibile è detta condizione tetanica e non la si può ottenere volontariamente, ma in genere la si raggiunge con stimolazione elettrica.

Livello o coefficiente di attivazione: Frazione di forza effettivamente generata rispetto a quella generata in condizione tetanica.

Relazione forza-lunghezza in condizione isometrica: Forza attiva effettivamente generata, e controllabile dal sistema nervoso, e forza passiva dovuta all’opposizione all’allungamento data delle membrane che avvolgono le fibre muscolari. La forza cresce fino ad un valore di massimo relativo, che corrisponde alla lunghezza di riposo, poi scende e infine risale quando vengono messi in trazione le membrane che rivestono il muscolo.

Relazione forza-velocità: All’aumentare dell’allungamento (velocità < 0) la forza cresce, fino a raggiungere un plateau (possibile danneggiamento delle fibre per valori superiori). Se invece il muscolo si accorcia, all’aumentare della velocità, la forza diminuisce fino a zero in corrispondenza della velocità massima.

Il riflesso da stiramento

Il riflesso da stiramento è un’azione automatica che il fuso muscolare esegue in risposta all’allungamento dei muscoli e consiste nell’accorciamento degli stessi. Si tratta di un riflesso estremamente rapido e che coinvolge una sola sinapsi ed è quindi estremamente semplice, volto al mantenimento della lunghezza muscolare. Quando si attiva il riflesso da stiramento i motoneuroni e le fibre alfa aumentano la propria attività. Questo meccanismo non può essere sempre attivo, deve essere attivato o disattivato nel caso in cui agisca anche il muscolo antagonista. Tale scoperta fruttò il Nobel a Sherrington. Alla base della spasticità c’è proprio un problema nel riflesso da stiramento.

Spasticità: Condizione in cui i muscoli reagiscono troppo rapidamente alle perturbazioni esterne (ad esempio come conseguenza di ictus e danni cerebrali).

Il fuso neuromuscolare

Nel caso in cui ci sia il rischio di sovraccaricare il muscolo, vi è il fuso neuromuscolare (spindle), recettore attaccato tramite connettivo in parallelo alle fibre, che invia ai centri spinali informazioni riguardo lunghezza e velocità di allungamento.

Le fibre muscolari si generano dall’unione di varie cellule che hanno in comune membrana esterna e nucleo (non sono una sola cellula). Alcune di queste cellule si specializzano e vanno a far parte del fuso neuromuscolare. Vi sono in particolare fibre extrafusali, che non fanno parte del fuso, e fibre intrafusali. Queste ultime possono essere a borsa nucleare, con tutti i nuclei in un sacchetto molto cedevole e con membrane esterne ed estremità contrattili, o a catena nucleare, i cui nuclei sono distribuiti con regolarità sulla lunghezza e che sono più corte delle altre.

Le fibre nervose afferenti Ia sono le più spesse e si avvolgono attorno alla borsa nucleare e alla catena nucleare. Il diametro definisce la velocità di propagazione dello stimolo. Poi le fibre afferenti meno spesse sono le II e sono attaccate solo alle fibre a catena nucleare. Inoltre ci sono delle fibre efferenti, che possono essere gamma statiche, che si attaccano alle fibre a catena nucleare con delle placche motrici, o gamma dinamiche, che innervano le zone periferiche delle fibre a borsa nucleare. Le fibre efferenti gamma dinamiche fanno contrarre le diverse parti del fuso per regolare la sensibilità del fuso.

Sinergia muscolare: Coordinamento dell’azione dei muscoli per eseguire un movimento. Non avviene solo tra muscoli agonisti ma comprende anche gli antagonisti, ad esempio per flettere un’articolazione un muscolo si accorcia e l’estensore si allunga.

Le fibre afferenti Ia prendono segnali dalla borsa nucleare e parzialmente dalla catena nucleare (sono sensibili quindi all’allungamento). Le fibre efferenti gamma statiche se sollecitate creano un guscio resistente all’allungamento e riducono la sensibilità del fuso rispetto alle fibre Ia. Se invece vengono attivate le fibre gamma dinamiche, queste vanno ad attivare la parte periferica facendola allungare e le fibre Ia si allungheranno di conseguenza. Quindi sostanzialmente in presenza di uno stimolo esterno si può modificare la risposta del fuso.

Le fibre Ia sono dette dinamiche poiché non rispondono solo alla variazione di lunghezza ma anche alla velocità di variazione di lunghezza. Durante l’allungamento c’è un rapido incremento della frequenza di sparo che riduce quando si raggiunge la frequenza finale. Invece le fibre di tipo II hanno frequenza di sparo che cresce proporzionalmente alla lunghezza e non alle velocità di variazione. Durante una rampa discendente si può avere silenzio delle fibre Ia e in corrispondenza di una vibrazione abbiamo frequenze di sparo in fase con la sinusoide. Nelle rampe ascendenti, a seconda del tempo impiegato per raggiungere la lunghezza finale, varia il salto di frequenza che avviene all’inizio della variazione, come se ci fosse una componente proporzionale alla rampa e una dipendente dalla velocità di variazione; inoltre sembra che una componente aggiuntiva sia dipendente dall’accelerazione.

Comportamento fasico: Comportamento dinamico, rapido, brusco e in grado di rispondere a rapide variazioni (tipicamente le fibre Ia).

Comportamento tonico: Comportamento statico e che si evolve molto lentamente (tipicamente le fibre II).

L’alfa-gamma linkage è un meccanismo atto a compensare l’accorciamento del fuso neuromuscolare.

1. Il muscolo sta sostenendo un carico e subisce un aumento di lunghezza, quindi le fibre Ia hanno un aumento della frequenza di sparring.
2. Il muscolo si accorcia e poi si allunga ma le fibre Ia non sparrano, questo significa che non ci sarebbe la possibilità di recepire la lunghezza del muscolo da parte del fuso.
3. Il sistema di controllo invia attraverso le fibre gamma dinamiche il segnale alle estremità del fuso mantenendone la lunghezza (aumenta la forza muscolare), così che questo continui a sparrare alla stessa frequenza.

Quando noi contraiamo volontariamente un muscolo, questo segnale arriva anche al fuso che agisce di conseguenza. Quando un muscolo si attiva in condizione concentrica il fuso neuromuscolare si accorcia insieme alle fibre extrafusali.

Organo tendineo del Golgi

Intreccio di fibre di collagene poste nell’inserzione muscolo tendinea e quindi in serie alle fibre. È sensibile alle forze generate dal muscolo poiché la forza deforma l’intreccio di collagene e le terminazioni nervose lì presenti hanno frequenza di sparring proporzionale alla forza.

La forza sostanzialmente deforma l’intreccio di collagene sollecitando le terminazioni nervose. Le fibre sono afferenti (e sono le Ib) poiché portano segnali a livello del midollo spinale. Queste terminazioni interagiscono con i motoneuroni.

Quando il muscolo subisce un delta L, le fibre afferenti motorie portano segnali nel midollo spinale e hanno il nucleo (soma) al di fuori del midollo stesso. Invece il soma delle efferenti è dentro il midollo spinale.

Il midollo spinale è protetto da membrane, liquido cerebrospinale e struttura ossea della colonna vertebrale. Le vertebre hanno forami laterali attraverso cui passano i nervi.

Nel midollo spinale la sezione a quadrifoglio interna è costituita da corpi dei neuroni, materia grigia, mentre esternamente ci sono le fibre ricoperte da guaina mielinica, materia bianca (disposizione opposta a quella del cervello) e da lì le fibre efferenti, alfa, partendo dall’assone del motoneurone, tornano indietro verso il muscolo.

Unità motoria: Elemento base per la contrazione, costituito da motoneurone, assone e fibre muscolari collegate ad esso. La singola fibra non può attivarsi, deve per forza entrare in azione un’unità motoria. Ci sono assoni che innervano moltissime fibre muscolari, ed altre che ne innervano di meno.

Le fibre afferenti entrano nel midollo spinale dalla parte posteriore (corna posteriori) e le efferenti escono anteriormente (corna anteriori). Si parla di radice anteriore e posteriore. Poi fuori dal canale vertebrale le fibre si uniscono in un unico nervo con fibre efferenti ed afferenti.

I gangli sensoriali sono l’insieme dei soma delle fibre afferenti, posti in parallelo al midollo spinale. Il triangolo rappresenta la sinapsi di tipo eccitatorio (uno stimolo porta a un’amplificazione del potenziale): allargamento della terminazione nervosa con neurotrasmettitore. Parte quindi il potenziale d’azione che aumenta l’attività del motoneurone e fa poi contrarre le fibre muscolari. È anche possibile attivare i muscoli per via indiretta grazie alle fibre gamma, che producono stiramento della borsa nucleare, quindi del fuso, facendo quindi contrarre il muscolo per via riflessa (il muscolo quindi si attiva non soltanto tramite motoneurone alfa).

L’arco riflesso è l’insieme di fibra afferente, sinapsi e fibra efferente ma non può essere sempre attivo, serve una limitazione.

• Inibizione presinaptica: I segnali discendenti dai centri superiori possono agire direttamente sui motoneuroni, innalzandone o riducendone il livello di eccitabilità, ma possono anche agire sullo stimolo in entrata al motoneurone, attraverso la cosiddetta inibizione presinaptica. In pratica una sinapsi inibitoria si posiziona vicino al terminale di accesso al motoneurone, intercettando il segnale in arrivo e rendendolo così inefficace.
• Inibizione reciproca: Per far contrarre e quindi accorciare un muscolo, bisogna inibire