Elettrostimolatori Elettromedicali

Forme d'onda e correnti:

EMS

ELECTRO MUSCLE STIMULATION (Elettro Stimolazione muscolare)
L’elettrostimolazione è una tecnica che, mediante l’utilizzo di impulsi elettrici che agiscono sui punti motori dei muscoli (motoneuroni), provoca una contrazione muscolare del tutto simile a quella volontaria.
La maggior parte dei muscoli del corpo umano appartengono alla categoria dei muscoli striati o volontari, con circa 200 muscoli per ogni lato del corpo (400 circa in totale).
Fisiologia della contrazione muscolare

Il muscolo scheletrico esercita le sue funzioni attraverso il meccanismo della contrazione.
Quando una persona decide di fare un movimento, nel centro motorio del cervello viene generato un segnale elettrico che viene inviato al muscolo che deve contrarsi.
Quando l’impulso elettrico raggiunge, la placca motrice sulla superfice del muscolo produce la depolarizzazione della membrana muscolare e la successiva liberazione di ioni Ca++ al suo interno. Gli ioni Ca++, interagendo con le molecole di actina e miosina fanno scattare il meccanismo della contrazione che porta all’accorciamento muscolare.

L’energia richiesta per la contrazione viene fornita dall’ATP e sostenuta da un sistema di ricarica dell’energia basato su meccanismi energetici aerobicici ed anaerobici che utilizzano carboidrati e grassi. In altre parole, la stimolazione elettrica non è una diretta risorsa d’energia ma funziona come strumento che scatena la contrazione muscolare.
Lo stesso tipo di meccanismo viene attivato quando la contrazione muscolare viene prodotta dalle EMS; esse assumono quindi lo stesso ruolo di un impulso naturale trasmesso dal sistema nervoso motorio.
Al termine della contrazione il muscolo si rilassa e ritorna al suo stato originale.

Contrazione isotonica ed isometrica

La contrazione isotonica si manifesta quando, nell’ambito di un’azione motoria, i muscoli interessati vincono la resistenza esterna accorciandosi e determinando in questo modo uno stato di tensione costante ai capi tendinei.
Quando, invece, la resistenza esterna impedisce il movimento, la contrazione della muscolatura anziché produrre accorciamento determina un aumento della tensione ai suoi capi: questa condizione viene detta contrazione isometrica.
Nel caso dell’elettrostimolazione si utilizza normalmente una stimolazione in condizione isometrica perché permette di realizzare una contrazione più potente e più efficace.

La distribuzione nel muscolo dei differenti tipi di fibre

Il rapporto tra le due principali categorie (tipo I e tipo Il) può variare in modo sensibile.
Esistono gruppi muscolari che sono tipicamente costituiti da fibre di tipo I, come il soleo, e muscoli che hanno solo fibre di tipo II come il muscolo orbicolare, ma nella maggior parte dei casi abbiamo una compresenza di tipi diversi di fibre.

Gli studi condotti sulla distribuzione delle fibre nel muscolo hanno messo in evidenza lo stretto rapporto che intercorre tra il motoneurone (tonico o fasico) e le caratteristiche funzionali delle fibre da esso innervate ed hanno dimostrato come una specifica attività motoria (e sportiva in particolare) possa determinare un adattamento funzionale delle fibre ed una modificazione delle caratteristiche metaboliche delle stesse.

L’elettrostimolazione, grazie alla possibilità di stimolare con specifiche frequenze, permette di allenare specificatamente le fibre che intervengono nel gesto che si vuole allenare (fibre rapide per gesti esplosivi e fibre lente per azioni di lunga durata) o di trasformare il metabolismo e le caratteristiche delle fibre intermedie in modo da renderle più adatte ad esprimere l’azione desiderata.

TENS

Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation
La stimolazione elettrica transcutanea (TENS) è una stimolazione antalgica che viene effettuata con impulsi che raggiungono il sistema nervoso periferico attraverso elettrodi posizionati sulla zona da trattare.
La stimolazione TENS viene effettuata tipicamente con impulsi bifasici e simmetrici (onda quadra) e con frequenze che possono variare da 8 a 200 Hz.
Questo tipo di stimolazione antalgica, che permette di combattere il dolore senza fare ricorso a farmaci, utilizza 2 diversi meccanismi fisiologici per raggiungere questo risultato:

MODALITA’ D’APPLICAZIONE

Le TENS, che utilizzano una corrente bifasica, simmetrica e compensata, vengono impiegate secondo due diverse modalità di applicazione :

AZIONE ANTALGICA PER INIBIZIONE SENSITIVA SEGMENTARIA
Nell’uomo si ritrovano due tipi di fibre nevose afferenti, intendendo con questo termine delle fibre che conducono le informazioni dalla periferia sino a livello encefalico. Le prime sono fibre di grosso diametro, denominate fibre A-beta, responsabili della conduzione della sensibilità tattile dalla periferia sino a livello centrale. Le seconde, denominate fibre A-delta, sono di diametro minore, e conducono a livello encefalico la sensibilità dolorifica. Una ulteriore differenziazione tra questi due tipi di fibre, è costituita dal fatto che le prime hanno una soglia di eccitazione bassa, mentre le seconde mostrano una soglia eccitatoria maggiormente elevata. Sul percorso del segnale dolorifico dalla periferia al centro si trova, a livello del midollo spinale, un interneurone inibitore, che funge da selettore del segnale stesso.

La corrente TENS, stimolando le fibre A-beta di grosso diametro, va ad eccitare l’interneurone inibitorio. La sua attivazione, che impedisce ai segnali dolorifici di arrivare a livello encefalico, blocca la sensazione dolorosa.
Questo meccanismo è stato denominato, da Melzack e Wall che furono coloro che lo identificarono nel 1965, “effetto cancello” o Gate Control” .

In questa modalità di stimolazione TENS gli impulsi dovranno essere di breve durata (< 1 msec) con una frequenza compresa tra 80 e 150 Hz. L’intensità deve essere confortevole e produrre solo una sensazione di formicolio (soglia della sensibilità tattile).
Per avere efficacia i trattamenti dovranno avere una durata di almeno 30’

AZIONE ANTALGICA PER LIBERAZIONE DI ENDORFINE
Endorfine ed enkefaline sono delle proteine prodotte nel cervello con funzioni simili alla morfina e presenti in diverse strutture del sistema nervoso centrale , per questo motivo, particolarmente efficaci nella sedazione del dolore.
Queste morfine endogene sono i neuro mediatori naturali dell’analgesia : si possono fissare sui recettori cellulari di strutture cerebrali com il talamo, il sistema libico, il tessuto reticolato producendo una sedazione del dolore paragonabile a quello della morfina.
L’elettrostimolazione con le correnti TENS può stimolare la liberazione di queste sostanze morfino-simili endogene.

Le ricerche infatti hanno dimostrato che trattamenti di 30’ con correnti di bassa frequenza e intensità elevata, capaci di produrre una scossa muscolare ritmata quasi alla soglia del dolore, possono innalzare il tasso di endorfina del 20% rispetto ai valori basali. Questo aumento si mantiene nei 30’ che seguono l’arresto del trattamento.

MENS (Microcorrenti)

Le MENS, a differenza di quanto avviene nell’ambito dell’elettroterapia convenzionale dove si somministrano delle correnti dell’ordine di milliampere (mA), utilizzano correnti la cui intensità è compresa tra i 10 ed i 500 µA (microampere, ossia un milionesimo di ampere).

Numerose ricerche scientifiche attesterebbero che il livello di sintesi d’ATP risulterebbe incrementato dall’applicazione di microcorrenti, mentre al contrario quest’ultimo subirebbe un rallentamento nel caso d’applicazioni di correnti endogene dell’ordine di mA.
In particolare l’incremento della sintesi d’ATP raggiungerebbe i suoi livelli massimi grazie alla somministrazione di correnti di circa 500 µA mentre, al di là di questo livello d’intensità, decrescerebbe rapidamente. A questo proposito è importante ricordare che l’ATP, rappresenta, nella pressochè totalità degli organismi viventi, la principale risorsa di energia chimica intracellulare, utilizzabile per una vasta gamma di attività biologiche, tra cui anche i processi di riparazione dei tessuti danneggiati.

Un altro aspetto di estremo interesse nell’ambito delle applicazioni delle MENS sarebbe costituito dal fatto che la captazione di acido alfa-aminoisobutirrico subirebbe un forte incremento grazie all’applicazione di una corrente esogena a partire da un livello d’intensità pari a 10 µA mentre, al contrario, a partire da un livello d’intensità di 750 µA si verificherebbe un fenomeno di tipo inibitorio. Dal momento che la captazione dell’acido alfa-aminoisobutirrico si rivela essenziale nell’ambito dei meccanismi di sintesi proteica (che sono alla base dei processi di riparazione tissutale), un suo incremento dell’ordine del 30-40%, come quello riscontrabile grazie all’applicazione di MENS, può rivestire un ruolo essenziale nel corso dei processi di ristrutturazione cellulare.

Il meccanismo di base che determina un incremento nella sintesi di ATP è essenzialmente costituito dal fatto che, nel corso di un elettrostimolazione tramite MENS, si viene a creare un gradiente protonico, ossia una variazione della concentrazione di protoni, che determina l’instaurarsi di un flusso di protoni dall’anodo verso il catodo. Questo flusso protonico attraverso la membrana mitocondriale determina un incremento nella formazione di ATP che a sua volta stimola il trasporto amino-acidico, due fattori essenziali nell’ambito dell’incremento della sintesi proteica.

TERAPIA MENS

Normalmente la terapia MENS, prevede due fasi distinte, la prima delle quali ha come scopo la diminuzione della sensazione dolorosa percepita dal paziente, mentre la seconda fase promuove la sintesi proteica e d’ATP accelerando i processi riparativi tissutali. La durata del trattamento normalmente è compresa tra i 15 ed i 30 minuti per quello che concerne la prima fase e tra i 5 ed i 10 minuti per quello che riguarda la seconda fase. I parametri più frequentemente utilizzati, che però possono ovviamente variare in funzione della patologia trattata, sono per la prima fase: intensità compresa tra 1 e 5 µA, frequenza di circa 5 Hz e larghezza dell’impulso di 250 millisecondi, mentre ciò che riguarda la seconda fase i parametri normalmente utilizzati sono i seguenti : intensità compresa tra i 10 ed i 200 µA, frequenza compresa tra 0.3 ed 1Hz e larghezza d’impulso di almeno 100 millisecondi

Campi d’intervento in cui è stata scientificamente provata l’efficacia delle MENS:

KOTZ

Correnti di Kotz
Il Dr. Yadov Kotsha è divenuto famoso per aver utilizzato l'elettrostimolazione per l'allenamento degli atleti dell’ URSS e i suoi studi furono resi pubblici alle Olimpiadi di Montreal (1976) quando si seppe che atleti sovietici.

La corrente utilizzata per la stimolazione degli atleti venne chiamata corrente russa (o di Kotz) e cominciò ad essere utilizzata dagli atleti di altri paesi per divenire uno dei mezzi dell’allenamento sportivo.

Kotz, attraverso sperimentazioni e ricerche, definì le caratteristiche della corrente che porta il suo nome:

Per evitare l’affaticamento precoce del muscolo, che compare dopo circa 12/15 sec. di stimolazione continua, Kotz definì in 10 sec. la durata massima della fase di lavoro (erogato in pacchetti di 10 msec, di stimolazione alternati a 10 msec, di pausa) seguita da 50 sec. di pausa con un Duty Cycle di 1:5.
Rispetto alle correnti eccitomotorie a bassa frequenza, questa corrente assicurava un maggior reclutamento muscolare, un'azione in profondita e una maggiore tollerabilità

L’uso delle correnti di Kotz in campo medicale

Nuove acquisizioni scientifiche sul meccanismo di contrazione muscolare e una tecnologia capace di generare impulsi di forme diverse (quadre, triangolari, trapezioidali, ecc.) ha fatto in modo che la stimolazione elettrica del muscolo per l’allenamento sportivo abbandonasse progressivamente la corrente sinusoidale per utilizzare la più performante corrente ad onda quadra bifasica e simmetrica con frequenze variabili da 30 a 120 Hz.
La corrente di Kotz tuttavia continuò ad essere utilizzata in campo medicale dove trova tuttora una valida applicazione per le sue caratteristiche:
1) Buon reclutamento muscolare
2) Azione profonda
L'effetto eccitomotorio della corrente di Kotz, a differenza di altri tipi di corrente, si realizza nei muscoli profondi perché la cute oppone a queste correnti una minore resistenza. E’ infatti dimostrato che l'impedenza elettrica della cute diminuisce con l'aumento della frequenza.

Massima tollerabilita

Tra le correnti eccitomotorie, le correnti sinusoidali a media frequenza sono le meglio tollerate dal paziente. Ciò si verifica perchè, aumentando la frequenza della corrente, si viene a creare una discrepanza tra la soglia di contrazione muscolare e quella della sensazione dolorosa.
Alla frequenza di 3.000-8.000 Hz la soglia della sensibilità dolorosa è più alta di quella eccito-motoria. A queste frequenze gli impulsi elettrici stimolano le fibre nervose motorie e meno quelle della sensibilita dolorifica e, pertanto, provocano delle contrazioni muscolari praticamente indolori.

Applicazioni delle correnti di Kotz

La corrente sinusoidale di Kots ha trovato un importante campo d'applicazione in ortopedia nel trattamento delle scoliosi secondo la metodica SPES (Surface Paravertebral Electro Stimulation).
L'elettrostimolazione paravertebrale è una metodica relativamente recente e la sua validità resta tuttavia ancora oggetto di discussioni ma si può riconoscere che in casi ben selezionati consente di dilazionare l’uso del corsetto senza alcun rischio per il paziente.
Un altro settore di applicazione dell'elettroterapia nel muscolo innervato è costituito dalla FES, Stimolazione Elettrica Funzionale.
Sulla FES esistono numerosi lavori scientifici che descrivono l'elettrostimolazione nell'emiplegico introducendo la stimolazione elettrica di muscoli non spastici privi del controllo nervoso, con lo scopo di evocare una contrazione muscolare che produca un movimento funzionale utile. Occorre ricordare che nell'emiplegico non vi è una paralisi muscolare da lesione del secondo motoneurone ma una paralisi del movimento; l'eccitabilità elettrica dei nervi periferici così come la capacità di contrazione dei muscoli non sono alterate per cui vi sono i presupposti per l'applicazione della stimolazione elettrica.
L'elettroterapia con correnti di Kots trova infine impiego anche nei trapianti muscolari, sia per assicurare al muscolo trasposto un trofismo adeguato alla sua nuova funzione, che per aiutare il paziente a prendere coscienza della diversa situazione funzionale, grazie alle afferenze prodotte dalla contrazione muscolare indotta.

INTEREFERENZIALI

Questo particolare tipo di correnti si chiama interferenziale perché si forma ed interferisce con i tessuti nel punti in cui i campi di due diverse correnti a media frequenza si incrociano.

La corrente interferenziale è una corrente sinusoidale alternata a media frequenza (2500 Hz - 4000 Hz - 10000 Hz), modulata in ampiezza, caratterizzata da una capacità elevata di penetrazione nei tessuti e da un'ottima tollerabilità anche da parte dei pazienti particolarmente sensibili.

L'azione antalgica dell'interferenziale bipolare, con frequenza di modulazione compresa tra 0 e 200 Hz, viene ricondotta al meccanismo del gate control, alla stimolazione del meccanismo inibitorio, al blocco periferico della trasmissione dolorifica, alla rimozione delle sostanze algogene dalla regione colpita, come per la corrente TENS .

Variando la frequenza di modulazione impiegata, si può sfruttare anche un effetto eccitomotorio, che contribuisce, attivando la "pompa muscolare", al ritorno del flusso venoso.

Applicazioni cliniche

La corrente interferenziale è particolarmente indicata per artrosi delle articolazioni profonde (anca, rachide lombare), tendinopatie profonde e per ipotrofia muscolare di muscoli normalmente innervati e profondi.

La corrente interferenziali viene utilizzata in campo fisioterapico a scopo eccitomotorio ed antalgico.

Effetti terapeutici

Effetto eccitomotorio: provoca la contrazione dei muscoli normalmente innervati e profondi.

Analgesia: potrebbe provocare vasodilatazione la quale, attraverso l'aumento del flusso sanguineo locale, rimuoverebbe dai tessuti le sostanze algogene.

Viene applicata nel trattamento delle seguenti patologie:

MUSCOLI DENERVATI

Muscoli DenervatiLe correnti per i muscoli denervati o parzialmente denervati
La stimolazione di un muscolo denervato, si differenzia da quella di un muscolo sano per il fatto che l’attivazione delle fibre muscolari necessita di correnti particolari.
In presenza di una lesione traumatica dei nervi periferici, la misura delle cronassie permette di stabilire se la denervazione è scarsa, parziale o totale.
Lo scopo di un trattamento eccitomotorio e di mantenere il trofismo e di limitare la sclerosi muscolare per permettere al muscolo di essere il piu funzionale possibile al termine del processo di reinnervazione che puo durare a volte alcuni mesi.
L’ efficacia di questo tipo di trattamento dipende molto dalla corretta impostazione dei parametri di stimolazione; questi devono essere definiti in modo specifico per ogni paziente e devono evolversi col tempo.

CORRENTE RETTANGOLARE

La corrente rettangolare è caratterizzata da un singolo impulso rettangolare, che varia rapidamente dal valore nullo al valore massimo dell'intensità impostata, da una durata di contrazione pari alla durata dell'impulso, da un tempo di pausa corrisponde al tempo in cui si verifica il recupero muscolare. La forma rettangolare dell'impulso è responsabile della contrazione muscolare, la durata dell'impulso determina una contrazione selettiva delle fibre denervate e il valore medio nullo degli impulsi (polarità alternata) evita qualsiasi fenomeno di ionizzazione della cute.
Gli impulsi rettangolari sono principalmente utilizzati su muscoli totalmente denervati. Il programma varia in funzione dell’ampiezza dell’impulso e della durata del riposo.

CORRENTE TRIANGOLARE

La corrente triangolare raggiunge il valore massimo dell'intensità impostata con una rampa di salita lineare, che, abbinata ad impulsi di durata abbastanza lunga, determina una valida risposta contrattile delle fibre denervate (comandate da nervi lesionati) senza però stimolare quelle adiacenti normalmente innervate (sane). Naturalmente, essendo questa corrente eccitomotoria, l'impulso triangolare, responsabile della contrazione delle fibre denervate, sarà seguito da un periodo di pausa in cui la corrente ha valore nullo. La polarità degli impulsi è alternata per evitare il fenomeno di ionizzazione a livello della cute.
Per la capacità di accomodazione delle fibre nervose alla lenta crescita di intensità dello stimolo e dell'assenza fastidio al paziente, la corrente triangolare è utilizzata per stimolare muscoli totalmente denervati e parzialmente denervati. La stimolazione selettiva delle fibre avviene senza coinvolgere quelle già normoinnervate, problematica a volte rilevata con la rettangolare alternata a causa della salita rapida dell'impulso. Il programma varia in funzione dell’ampiezza dell’impulso e della durata del riposo.

CORRENTE TRAPEZOIDALE

Gli impulsi trapezoidali sono principalmente utilizzati su muscoli parzialmente
denervati. Il programma varia in funzione dell’ampiezza dell’impulso e della durata del riposo.

IONOFORESI

ionoforesiLa ionoforesi è una forma d’elettroterapia che agisce veicolando sostanze farmacologiche all’interno dei tessuti grazie ad una corrente elettrica continua di tipo unidirezionale.
La ionoforesi si basa sulla capacità di dissociazione ionica di alcune sostanze medicamentose, di peso molecolare molto basso, una volta che queste ultime vengono disciolte in acqua.
E’ di fondamentale importanza sapere se la parte attiva del farmaco assuma, una volta dissociata sotto forma ionica, carica positiva oppure negativa, allo scopo di poterlo posizionare correttamente in funzione della direzione del flusso elettrico.
Gli ioni della sostanza medicamentosa vengono veicolati all’interno dell’organismo attraverso le zone cutanee che oppongono una bassa resistenza alla corrente raggiungendo in tal modo le membrane cellulari che vengono di conseguenza modificate elettricamente.

Meccanismo di azione della IONOFORESI

L’obiettivo terapeutico della IF è quello di riuscire a far penetrare, per via transcutanea, una sostanza farmacologicamente attiva all’interno dei tessuti, rendendo disponibile il farmaco direttamente nella sede interessata.
Grazie a questo tipo di meccanismo è possibile una riduzione quantitativa della dose del farmaco somministrato, nonché una contestuale diminuzione dei possibili effetti collaterali sistemici.
La sua sostanziale validità terapeutica può essere sostanzialmente ricondotta alla concomitanza di due fattori, il primo dei quali sarebbe costituito dall’effetto antalgico e vasomotorio della corrente continua somministrata ed il secondo dai benefici derivanti dalla somministrazione del farmaco utilizzato.
Per questo motivo l’applicazione d’elezione della IF è costituita dalle flogosi di scarsa profondità, nelle quali la IF è in grado di svolgere un’azione antinfiammatoria e sedativa, ponendosi di fatto come un mezzo terapeutico alternativo all’iniezione ipodermica di soluzioni ioniche.
Le indicazioni cliniche ottimali per la IF sono pertanto costituite dalle affezioni a carico delle articolazioni più superficiali dove lo spessore del sottocute e del tessuto muscolare sono minimi.

Quantificazione della sostanza veicolata

La relazione tra l'assorbimento ionico transcutaneo e l'intensità di corrente somministrata risulterebbe espressa in teoria dalla legge di Faraday:
D= I M/ZF