Riabilitazione motoria - Prof. Frigo

STIMOLAZIONE ELETTRICA FUNZIONALE NELLE LESIONI DEL SNC

Ci sono tre tipologie di sistemi di stimolazione: con elettrodi totalmente esterni, totalmente impiantati e

percutanei. Le funzioni che si possono recuperare con questa stimolazione sono la alzata e la seduta dalla

sedia, il cammino e la pressione della mano. Il problema è molto complesso poiché nel cammino sono

coinvolti moltissimi muscoli che agiscono sinergicamente. In tutti questi casi i risultati non sono molto

soddisfacenti. Si punta molto sugli effetti terapeutici indiretti come per esempio il mantenimento del tono

muscolare che permette anche di mantenere un certo benessere, benefici al sistema cardiocircolatorio e

circolatorio, riduzione dell’osteoporosi (le ossa quando non sono caricate tendono a perdere il carico

osseo), miglioramento delle funzioni vescicali e intestinali. Si sono sviluppati dei sistemi robotici che

permettono al paziente di essere agganciato e di compiere piccoli movimenti.

La stimolazione deve essere inviata su un sistema di collegamento ancora integro, altrimenti deve essere

fatta direttamente sul muscolo richiedendo alte intensità e con bassa efficacia. La zona dove termina il

tratto midollare è riempito da fibre nervose per cui il danneggiamento di quest’ultime causano dei

danneggiamenti periferici. L’altro problema che si incontra è che il livello di lesione che si ha a livello delle

vertebre non corrisponde a quello che si ha a livello neurale. A livello ortopedico si tengono in

considerazione le vertebre mentre a livello neurale si prende come riferimento il midollo.

Rispetto ad un livello di riferimento 0, all’interno della cellula in condizione di riposo si ha un potenziale

negativo di circa -70 mV dovuto al fatto che c’è un accumulo di ioni negativi all’interno della cellula. Ogni

volta che lungo le sinapsi arrivano degli impulsi nervosi, all’interno della cellula il potenziale può variare di

una piccola quantità in più (sinapsi eccitatoria) o meno (sinapsi inibitoria). Il neurone fa da integratore e

sommando questi valori. Si raggiunge una soglia e parte un meccanismo regolato dal passaggio di ioni sodio

e potassio che descrivono la fase di salita e discesa rispettivamente. La durata del potenziale è di circa 1ms.

La fibra nervosa o quella muscolare descrivono questo potenziale.

Quando mettiamo due elettrodi vicino alla fibra in modo da creare una differenza tra anodo e catodo

all’interno della fibra avremo una migrazione degli ioni positivi verso il catodo e di quelli negativi verso

l’anodo. Nell’intono dell’anodo avremo un potenziale più negativo rispetto a quello di riposo e questo vuol

dire che questa zona è allontanata dalla soglia di attivazione (maggiore della soglia di riposo). La zona in cui

ci si avvicina alla sogli di attivazione è quella del catodo per cui da 70-90 mV andiamo a valori maggiori.

Questo fa si che si generino dei potenziali di azioni in prossimità del catodo. L’anodo è un elettrodo che

crea anche una difficoltà alla generazione del potenziale ed è quello che viene definito come blocco

anodico, bloccando la trasmissione del segnale all’indietro. Questo fenomeno è utilizzato spesso per

mantenere unidirezione la trasmissione del segnale, cioè quella ortodromica.

Si prende come riferimento un’onda rettangolare e si vede quale è l’effetto. Si trova la curva di

reclutamento della fibra, cioè variando la durata e l’intensità vediamo che partendo da una durata molto

breve è necessaria un’intensità molto alta per determinare una variazione di potenziale. Aumentando la

durata si può ridurre l’intensità di stimolo e avere un potenziale di azione che si sviluppa con intensità via

via maggiore all’aumentare della durata. Si osserva un valore costante di intensità al di sotto del quale non

è possibile produrre un potenziale e questo è descritto tramite un asintoto che è chiamato reobase.

In questa curva di reclutamento si individua anche la cronassia, cioè la durata che comporta un’intensità

doppia rispetto alla reobase per avere un potenziale d’azione.

C’è la possibilità di avere diverse forme d’onda, più o meno efficaci a seconda di come sono combinate tra

loro. La forma d’onda anodica è quella positiva mentre quella catodica è quella negativa. Dobbiamo tenere

in considerazione dei parametri, cioè la soglia, la corrosione e i danni tissutali. I ioni metallici infatti possono

da una parte portare a corrosione l’elettrodo o avere un rilascio tossico per i tessuti biologici. Il danno

tissutale può derivare anche dal fatto di usare intensità elevate. Queste forme d’onda unidirezioni sono

abbastanza dannose nei confronti dei tessuti per questo sarebbe ideale introdurre delle forme d’onda

bifasiche in modo che il flusso delle cariche sia complessivamente nullo e non generi problemi nei confronti

dei tessuti poiché ho una minore carica netta nei tessuti.

La contrazione muscolare viene regolata mediante due meccanismi: sommazione spaziale e la sommazione

temporale. Nel caso della stimolazione naturale le singole unità motorie sono reclutate con una frequenza

abbastanza bassa per poi aumentare e raggiungere un plateau. In condizioni di stimolazione elettrica la

frequenza la imponiamo noi e non riusciamo ad applicare una frequenza di stimolazione fisiologica.

La curva di reclutamento muscolare è una curva sigmoide per cui all’aumentare dell’intensità non ho un

aumento della forza o del momento muscolare lineare. Oltre un certo valore di intensità, raggiungiamo un

valore di forza o momento articolare che è costante.

Il problema dell’affaticamento è legato all’impossibilità di riprodurre fisiologicamente il reclutamento

motorio. Con la stimolazione elettrica non si stimolano singolarmente le unità motorie ma tutte le UM

sopra soglia sono attivate simultaneamente, prima le UM grandi e poi quelle piccole. Le fibre più piccole

sono raggiunta solo per valori di intensità molto elevate e questo è totalmente contrario a quello che

accade in condizioni fisiologiche. Potremmo raggiungere intensità per attivare le UM piccole ma queste nel

paziente in genere risultano già degenerate. Per recuperare questo problema si cerca di recuperarle con

l’uso e si cerca di convertire le FOG in FG.

Attivazione delle fibre SO mediante il blocco sinaptico delle FG

Se inviamo una stimolazione nell’ordine di qualche centinaia di Hz, dopo i primi impulsi le sinapsi si

esauriscono e le sinapsi risultano inefficaci per cui la stimolazione porta ad una prima contrazione iniziale e

poi ad un silenzio. Se attivo con una certa stimolazione crescente incontro prima le fibre grosse e via via

quelle piccole. Quelle lente ossidative che vorrei utilizzare le potrei attivare solo con un’intensità molto

elevata. Con la stimolazione in alta frequenza che supera la soglia di tutte le fibre presenti nel nervo blocco

tutte le connessioni nervose e diminuendo l’intensità di stimolazione quelle che si liberano dal blocco sono

quelle più piccole mentre rimangono bloccate quelle a diametro più grosso. Se mentre diminuisco

l’intensità dello stimolo riesco attraverso uno stimolo a bassa frequenza ad attivare le fibre lente ossidative

rimaste libere per poter essere stimolate, man mano che diminuisco l’intensità vado a liberare fibre via via

più grandi e quindi vado ad aumentare la frequenza affinché io riesca ad attivare quelle via via più grandi.

Non può essere applicata nell’uomo poiché abbiamo una stimolazione ad alta frequenza per lunghi periodi

mentre l’altro motivo è quello per cui è molto invasivo avere una contrazione di tutte le fibre in modo

contemporaneo come vediamo nel grafico durante la prima fase in cui abbiamo un’intensità soprasoglia di

tutte le fibre.

LEZIONE 9 – 06/04/2017

ESERCITAZIONE

La stimolazione elettrica funzionale è un metodo molto utilizzato in ambito riabilitativo ma anche

nell’ambito della riabilitazione di pazienti neurologici. Tale SEM è una metodica applicata durante esercizi

funzionali. Alcuni esempi possono essere la pedalata, il cammino o esercizi con l’arto superiore.

Solitamente in queste applicazioni la stimolazione viene sincronizzata al movimento, cioè vado a stimolare

il muscolo sulla base del momento che vado a fare. Ad esempio, sulla pedalata l’informazione cinematica

che acquisisco per sincronizzare la stimolazione con il movimento è l’angolo alla pedivella. Se sono in fase di

spinta andrà a stimolare il muscolo quadricipite per effettuare l’estensione della gamba mentre se sono in

fase del recupero del pedale vado a stimolare i muscoli bicipiti femorale per flettere il ginocchio.

Analogamente durante il cammino, andiamo a stimolare i vari gruppi muscolari degli arti inferiori a seconda

della fase in cui sono funzionali al movimento.

Il primo esempio di SEF è un sistema per il recupero del drop foot, cioè il problema del piede cadente molto

tipico dei pazienti che hanno avuto un ictus e che hanno una debolezza del muscolo tibiale anteriore che gli

impedisce di fare la flessione dorsale durante la fase di swing, cioè di volo del passo. In stimolatori come

questo gli elettrodi vengono applicati sul tibiale anteriore e a seconda se sono in fase di stance o di swing

vado o meno a stimolare il muscolo. Appena lascio e stacco il piede da terra la stimolazione parte e va a

contrarre il muscolo tibiale per fare la flessione dorsale e appena ritocco il suolo con il tallone la

stimolazione viene rilasciata e il tibiale anteriore si rilassa. Un altro esempio è quello dell’utilizzo della SEF

sull’arto superiore.

Solitamente si preferisce utilizzare degli impulsi in corrente e non in tensione e questo perché riusciamo ad

inviare una quantità di carica al muscolo più costante nel tempo e non è influenzata dalla variabilità

dell’impedenza tra elettrodo e cute. Si utilizzano degli impulsi di corrente bifasici, cioè abbiamo un fronte

d’onda positivo e uno negativo che sommati fanno si che la quantità di carica inviata al muscolo sia nulla ed

in questo modo non rimane della carica residua, ovviamente quello che agisce da anodo che ha quindi

effetto di depolarizzazione è soltanto uno dei due fronti. Quando l’impulso di corrente è bifasica non è

importante porsi la domanda: “quale è l’anodo e il catodo?” perché in realtà entrambi fungono sia da

anodo che da catodo inviando sia carica positiva che negativa.

I parametri d stimolazione sono 3: la durata dell’impulso, l’ampiezza dell’impulso, il prodotto fra i due