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Mercoledì 03 Marzo 2010 00:26
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La vibrazione meccanica focale nella terapia del movimento
Parte 2
Tutte le pagine

La vibrazione meccanica focale nella terapia del movimento

Guido Maria Filippi* e Filippo Camerota**
*Istituto di Fisiologia Umana, Università  Cattolica del Sacro Cuore di Roma, **Istituto di Medicina Fisica e Riabilitazione Università  La Sapienza di Roma
FisiOnLine, 7 Gennaio 2009

Ciclicamente l'interesse per possibili applicazioni terapeutiche o sportive della vibrazione meccanica si risveglia nel mondo scientifico e negli anni ha dato luogo ad una letteratura imponente quanto, almeno in apparenza, contraddittoria.
Come di regola, è bene iniziare con il definire ciò di cui si parla, nello specifico si tratta di definire il concetto di vibrazione meccanica.
L'espressione "vibrazione meccanica" si riferisce in particolare ad un'oscillazione meccanica attorno ad un punto d'equilibrio. E' anche opportuno affermare con chiarezza che dizioni di recente introduzione, come "energia vibratoria", non hanno alcun significato scientifico.
La grandezza delle oscillazioni prende nome di ampiezza. Il numero di oscillazioni nell'unità  di tempo (di solito in un secondo) costituisce la frequenza.
Ampiezza e frequenza sono i due parametri di maggiore rilievo in questo contesto.
La vibrazione meccanica può giungere in relazione con il nostro corpo fondamentalmente in due forme:
1. può invadere l'intero corpo ed in questo caso è convenzionalmente chiamata Whole Body Vibration (WBV):
2. può interessare singoli muscoli o piccoli gruppi di muscoli adiacenti e viene così spesso indicata come Focal Vibration (FV).

L'interesse per queste due forme di vibrazione meccanica ha seguito un iter contorto.
La WBV ha attratto ed attrae l'attenzione della ricerca clinica fondamentalmente in quanto spesso causa di patologie, in particolare in ambiti lavorativi. L'esposizione alla WBV è infatti presente e in parte inevitabile in molti ambienti di lavoro. In genere la WBV parte dalle mani o dai piedi per poi propagarsi a tutto il corpo.
La prolungata esposizione a tale tipo di stimolo meccanico è associata ad una elevata occorrenza di disturbi e patologie a carico degli apparati vascolare, neurologico e muscolo-scheletrico(2). Per tale ragione esiste un'importante e dettagliata normativa europea in materia(18), destinata a delimitare e circoscrivere l'esposizione alla WBV.
La prudenza nell'esposizione a tale forma di stimolo meccanico deve essere ancor maggiore in quanto, ad oggi, non sono definite con sicurezza, la combinazione o le combinazioni di ampiezza, frequenza, tempo e ripetitività  di esposizione alla WBV pericolose per la salute dell'individuo.
A partire dagli anni '70, numerosi studi provenienti dall'Europa dell'Est e quindi dall'occidente(16, 20, 21, 22) hanno preso in considerazione la WBV per contrastare l'steoporosi, o per incrementare la performance motoria o per indurre rilascio di vari tipi di ormoni, ma non si giunse a nulla di applicativo.
Infine nel 2000, per spinta di un fisiologo, C. Bosco, venne riconsiderata sui medesimi temi. Alcuni autori sostengono la presenza di effetti a breve termine rilevanti(26), mentre autorevoli riviste parlano di una totale inefficacia (27). Gli effetti appaiono essere fondamentalmente transitori, al più persistenti per tempi molto brevi dopo la stimolazione, mentre sono incerti e particolarmente contrastanti quelli lungamente persistenti nel tempo(6).
I meccanismi ipotizzati sono di tipo metabolico o più semplicemente meccanico, anche se, per gli effetti cronici sono adombrati possibili interventi da parte del Sistema Nervoso(6).
Infine è opportuno considerare come in caso di patologia od anche nei soggetti sani, siano presenti in realtà  delle asimmetrie motorie, ovvero dei gruppi neuromotori deficitari rispetto ad altri. In simili situazione un intervento globale, ancorchè efficace e privo di rischi, non farà  altro che mantenere l'asimmetria, mentre un'azione topica è certamente più auspicabile.
In sintesi, ad oggi, I risultati clinici della WBV sono contrastanti e non chiara l'interazione con gli aspetti negativi della WBV(12).

Diverso è invece il percorso scientifico della Focal Vibration.
Nel 1963(1) si dimostrò che la FV a bassa ampiezza è in grado di stimolare potentemente e selettivamente alcuni tipi di recettori nervosi implicati nel controllo motorio. Questo dato aprì le porte ad un largo impiego della FV per studiare la fisiologia di questa parte del controllo motorio e per individuare eventuali effetti benefici di tale forma di stimolazione per la funzione motoria.

La vibrazione meccanica focale ed i recettori nervosi muscolotendinei.
Muscoli e tendini possiedono due tipi di recettori nervosi innervati da fibre di medio e grande calibro, quindi con velocità  di conduzione elevata, i fusi neuromuscolari e gli organi tendinei di Golgi (GTO, Golgian Tendon Organ).
I primi mediante fibre sensitive convenzionalmente chiamate Ia (primarie, con velocità  di conduzione compresa tra 72 e 120 m/s) e II (secondarie con velocità  di conduzione compresa tra 24 e 72 m/s) avrebbero la funzione di controllare velocità  ed estensione dell'allungamento o accorciamento delle fibre muscolari (18).
I secondi, le cui fibre nervose sono denominate Ib (con velocità  di conduzione compresa tra 72 e 120 m/s), sono considerati essere destinati a rilevare le tensioni sviluppate da singole unità  motrici(13).
Nel 1963 il Prof. R. Bianconi, primo docente di Fisiologia Umana dell'Università  Cattolica di Roma, dimostrò(1) come la vibrazione meccanica, applicata ad un singolo muscolo, ad opportune ampiezze e frequenze, fosse in grado di attivare selettivamente e in modo differenziato afferenze fusali primarie (Ia), secondarie (IIb) o GTO, a seconda delle caratteristiche dello stimolo. Inoltre, non solo venne dimostrata la possibilità  di attivare in modo del tutto non invasivo classi selezionate di recettori, ma si evidenziò un altro aspetto di straordinaria importanza per la ricerca: per determinate caratteristiche di frequenza ed ampiezza della vibrazione applicata questi recettori generano frequenze di potenziali d'azione fedeli alla frequenza di vibrazione applicata, guidando (fenomeno del "driving") le afferenze attivate ad una frequenza di scarica identica a quella di stimolazione(1, 3, 18).
Il "driving" consente di guidare un'afferenza fusale primaria a frequenze di 20 o 30 o 100 Hz applicando vibrazioni a frequenza di 20 o 30 o 100 Hz, senza dover usare stimoli elettrici o dover isolare chirurgicamente fibre nervose, ma semplicemente applicando una FV su un singolo muscolo.
Dunque, con opportune frequenze ed ampiezza di vibrazione è possibile sia selezionare le afferenze attivate, sia determinare la frequenza di potenziali d'azione inviata al Sistema Nervoso Centrale.
Per la prima volta si potevano inviare a specifici centri del Sistema Nervoso Centrale (quelli che lavorano utilizzando le informazioni dai fusi e dai GTO) frequenze di potenziali d'azioni predefinite, scegliendo opportunamente i parametri della vibrazione, seguendo, al tempo stesso, modalità  di attivazione non invasive e vie afferenti fisiologiche. Si trattava di un radicale cambiamento delle modalità  di stimolazione di vie sensitive rispetto a quelle realizzate, mediante stimolazione elettrica, su interi tronchi nervosi od anche su singole fibre: situazioni queste altamente non fisiologiche ed aspecifiche.
La possibilità  di attivare selettivamente afferenze propriocettive "importanti", dischiuse 2 grandi linee di ricerca.
1. La prima, per mole ed importanza di risultati, si è volta all'impiego della FV per studiare le caratteristiche dei recettori muscolari e tendinei e la loro azione sui centri.
2. La seconda è stata mirata ad individuare possibili effetti positivi indotti dalla vibrazione meccanica focale. Mentre gli studi sulle caratteristiche funzionali dei recettori muscolo-tendinei esula da questa trattazione, la ricerca sulle possibilità  applicative della vibrazione deve essere invece considerata.

Studi sulle potenzialità  applicative della FV
A differenza della WBV la FV consente un utilizzo molto preciso di questo tipo di stimolo. La non diffusione lungo il corpo, propria della FV e il suo restare confinata a piccoli distretti impedisce un fenomeno tipico della propagazione di segnali meccanici attraverso strutture disomogenee come i tessuti biologici (adipe, cute, muscoli, ossa, cartilagini, connettivi, ecc.): la distorsione del segnale applicato. Con la FV sappiamo quale segnale applichiamo quali terminazioni nervose si stimolano e quale segnale giunge ai centri.
Tuttavia gli studi sull'applicabilità  della FV, in un susseguirsi di alti e bassi nell'interesse della comunità  scientifica, si sono sempre scontrati con un problema fondamentale. Tutti gli effetti sparivano al termine della stimolazione vibratoria.
In anni più recenti si sono tuttavia individuati alcuni parametri della FV in grado di modificare in modo persistente e complesso il controllo motorio. In particolare la ricerca ha evidenziato 3 aspetti rilevanti:
1. come già  ampiamente documentato da molti autori(1, 3, 18), la frequenza della vibrazione deve essere un segnale "puro", costituito da un'unica armonica, ovvero da un'unica frequenza, in grado di dare luogo ad un fenomeno di "driving";
2. gli effetti persistono solo se si applicata una frequenza pura, compresa tra 70 e 120 Hz(23, 24);
3. gli effetti persistono se la stimolazione viene protratta per almeno 10 minuti(24).
Inoltre la FV appare in grado di modificare l'eccitabilità  corticale dell'area motrice primaria, sia durante la vibrazione, sia dopo la fine della vibrazione(9, 10, 14) e, in altri recenti studi, la FV, a 100 Hz, applicata sui muscoli nucali, appare in grado di migliorare, in modo persistente la percezione di sè nello spazio(15, 25).
Alcuni gruppi di ricerca hanno quindi affrontato il problema in modo sistematico, così da definire un protocollo applicativo in grado di ottenere risultati ripetibili e quindi valutabili nei meccanismi sottesi(4, 5, 8, 17).

Lo sviluppo di uno strumento in grado di applicare una vibrazione secondo i parametri sopra esposti
La metodica applicata, per quanto sopra esposto è stata basata sulla FV. Lo sviluppo della strumentazione ha comportato numerose problematiche tecniche. Poichè un oggetto vibrante tende a far vibrare anche ciò che lo sostiene e, per leggi fisiche, questo vibrerà  probabilmente con caratteristiche diverse, si avrebbero con elevata probabilità  almeno due diverse frequenze destinate a miscelarsi risultando un'oscillazione non più pura, quindi non più a 100 Hz, ma caratterizzata da frequenze ben più alte. Tutto l'apparato di sostegno doveva quindi avere caratteristiche strettamente antivibranti e tali da permettere il trasferimento del segnale dal vibratore alla muscolatura da trattare, senza interferenze aggiuntive.
Infine lo strumento è stato concepito in modo da poter agire su qualunque gruppo muscolare, essendo liberamente orientabile nello spazio in tutte le direzioni.
L'esperienza ha fatto scartare le ipotesi, pur allettanti, di strumenti in grado di agire contemporaneamente su più di due gruppi muscolari. In realtà , l'applicazione di FV in molti punti avrebbe sia trasformato la FV in una WBV, sia favorito il prodursi di frequenze ed ampiezze di vibrazione completamente diverse da quelle desiderate.
Ne è nato uno strumento caratterizzato da una centralina elettronica, uno stativo abbastanza particolare destinato a sostenere ed orientare il motore (elettrodinamico a magnete permanente) e degli applicatori destinati ad agire sui muscoli selezionati.
Lo strumento è stato denominato Crosystem, un acronimo per Counter Reaction Loop System, letteralmente sistema ad anello di controreazione, la traduzione tecnica italiana di "sistema a feedback", in quanto destinato ad intervenire sui circuiti di controllo motorio, o, più semplicemente, perchè lo stimolo parte dal muscolo, modifica i centri di controllo e torna alla funzione muscolare dello stesso muscolo trattato.

Un nuovo protocollo: repated Muscle Vibration (rMV)
Superati questi problemi, una serie di prove hanno evidenziato che un'esposizione a tale vibrazione per 10 minuti continuativi, per 3 volte al giorno, per 3 giorni consecutivi, è adeguata ad ottenere il massimo effetto con il minor tempo applicativo. Inoltre si è osservato che eseguire una vibrazione di 30 minuti continuativi, senza effettuare un sia pur brevissimo intervallo, riduce marcatamente gli effetti, probabilmente a causa del fenomeno dell'habituation. A causa di questa ripetitiva esposizione alla vibrazione, si è introdotta la denominazione rMV (ripetitive Muscle Vibration).
Infine, gli effetti sono riscontrabili solo se il soggetto tiene in leggera contrazione volontaria, isometrica, il muscolo da trattare durante tutto il periodo in cui la vibrazione è attivata. Inizialmente tale condizione è stata scelta per facilitare la trasmissione della vibrazione meccanica nel contesto muscolare, grazie all'aumento della rigidità  indotto dalla contrazione muscolare e per incrementare la sensibilità  dei fusi neuromuscolari mediante la concomitante attivazione dei circuiti gamma. Successivamente, si è attribuito a tale aspetto del protocollo un ruolo ben maggiore.

Il primo studio su soggetti sani circa le potenzialità  della rMV
Azione della rMV sul controllo della rigidità  articolare
Uno studio in doppio cieco, determinante nel definire gli effetti e nell'intuire i meccanismi d'azione di questo particolare sistema integrato costituito da un protocollo e un dispositivo "ad hoc", è stato condotto su soggetti sani(8), applicando la rMV sul muscolo Quadricipite.
Lo studio ha suggerito che l'azione della vibrazione protratta era in grado di modificare persistentemente (test eseguiti 15 giorni dopo il trattamento) il controllo motorio della principale articolazione trattata. In particolare i soggetti presentavano uno spiccato aumento (+40%) della resistenza alla fatica all'esercizio ripetuto (movimenti di leg extension sotto carico).
Tale aumento è stato attribuito ad un miglioramento del controllo della rigidità  articolare, indotto da una riduzione dell'impedenza articolare dettata dalle coattivazioni muscolari. La parallela diminuzione del tempo di salita della massima forza di contrazione isometrica (rimasta questa invariata, prima e dopo il trattamento) è stata attribuita alla più fine stabilizzazione articolare, manifestata dalla probabile riduzione delle coattivazioni, che consentiva al Sistema Nervoso di far esplodere con maggiore efficacia la forza del Quadricipite.
In sintesi il protocollo sviluppato presentava alcuni effetti del tutto inediti e ne suggeriva i possibili meccanismi. In particolare si evidenziava che:
1. l'applicazione di un FV a bassa ampiezza (< 0,1 mm), a 100 Hz, per 10 minuti consecutivi, 3 volte al giorno, per 3 giorni consecutivi è in grado di indurre modifiche importanti e persistenti nella performance motoria.
2. la rMV sembra agire direttamente sul controllo motorio incrementando il controllo articolare ed in particolare il controllo della rigidità  articolare.
Le novità  introdotte da questo studio erano veramente cospicue, infatti si delineava, con questo primo studio, un sistema integrato costituito da un protocollo ed una particolare strumentazione in grado di indurre in soli 90 minuti effetti sul controllo motorio della durata di almeno 15 giorni e di grande intensità .
Inoltre il meccanismo d'azione appariva risiedere in una modifica del controllo della rigidità  articolare, quindi in un'azione diretta sul Sistema Nervoso Centrale e su un parametro, la rigidità articolare, che è uno dei più complessi e determinanti nel controllo motorio. In particolare il controllo della rigidità  articolare è il nodo della riabilitazione motoria. E' un parametro interamente gestito al di fuori del controllo volontario e dunque modificabile dal terapista solo attraverso vie indirette e dunque difficili, lunghe ed incerte.
E' un aspetto che condiziona quasi tutte le patologie motorie, si pensi alle spasticità  o alle ipotonie muscolari (rispettivamente eccessi e deficit della rigidità  articolare) e alle conseguenze che queste hanno nel deficit motorio, nella qualità  della vita e all'ostacolo che costituiscono al binomio terapista-paziente per giungere a strategie motorie corrette.
In conseguenza di tali deduzioni lo studio è stato esteso a situazioni in cui la rigidità  articolare risultava esplicitamente alterata, sia nel senso di un deficit, sia nel senso di un incremento.

Applicazione della rMV su pazienti con danni ortopedici
Una lesione ortopedica ha origine, per definizione, nella struttura attuativa del nostro sistema motorio (muscoli, articolazioni, ossa, legamenti ecc.), ma, effettuata la riparazione biomeccanica, il deficit che spesso residua è di tipo neurofisiologico.
La ricostruzione del legamento crociato anteriore (ACL) è tipicamente uno di questi casi. Pur in presenza di ricostruzioni chirurgicamente ineccepibili in grado di restituire una struttura biomeccanica eccellente, il recupero è tipicamente incompleto, come documentato nel persistere del deficit nel test dello "standing in eye closed condition": il paziente residua una capacità marcatamente ridotta di restare in equilibrio, ad occhi chiusi, sulla gamba operata.
In altri termini, il solo input propriocettivo non appare in grado di garantire il controllo articolare adeguato.
Il nuovo protocollo rMV è stato quindi utilizzato, in doppio cieco, su pazienti in cui il legamento era stato ricostruito(5). La rMV è stata applicata sul Quadricipite della gamba operata, 30 giorni dopo la chirurgia per evitare di esporre il ginocchio ad uno stimolo meccanico certamente innocuo su un soggetto sano, ma potenzialmente traumatico in un decorso post-chirurgico.
Il gruppo di pazienti seguiva la stessa riabilitazione del gruppo di controllo, non vibrato e di un gruppo in cui la vibrazione era applicata in modo inefficace. Già  24 ore dopo il trattamento la stabilità  dei soggetti cui era applicata la rMV migliorava in modo statisticamente significativo e presentavano nelle settimane a seguire un trend assolutamente migliorativo.
Gli altri due gruppi in cui invece la rMV non era stata applicata od era applicata in modo inefficace presentavano nel tempo l'andamento caratteristico di questi pazienti, pur in presenza di riabilitazione: l'equilibrio sulla gamba operata, ad occhi chiusi, non migliorava nel tempo.
L'analisi della forza sviluppata mostrava ugualmente miglioramenti statisticamente importanti. Anche in questo studio si rivelava indispensabile la combinazione contrazione volontaria + vibrazione, inoltre la comparsa degli effetti a 24 ore dalla fine della rMV rendeva possibile solo un meccanismo di tipo nervoso indotto dal trattamento. La lunga durata (i pazienti sono stati seguiti per 120 giorni) e l'incremento degli effetti, senza alcuna ripetizione del trattamento con rMV, suggerivano un'azione di consolidamento, operata dalla stessa riabilitazione, sulle modifiche plastiche indotte dalla rMV.
Il trattamento con rMV si mostrava quindi in grado di aumentare la resistenza alla fatica, l'esplosione della forza nei soggetti sani e il controllo del bilanciamento del corpo dopo lesione e ricostruzione dell'ACL. Questi meccanismi sono stati attribuiti ad una migliore gestione, da parte del Sistema Nervoso Centrale, dei gruppi muscolari integrati nell'articolazione del ginocchio(5, 8).
E' di assoluto rilievo sottolineare come tali miglioramenti, così marcati, siano stati ottenuti dall'associazione tra vibrazione erogata con il Crosystem e riabilitazione specifica, naturalmente la medesima eseguita dai gruppi di controllo.

 

 



Ultimo aggiornamento Martedì 17 Gennaio 2012 11:55
 

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