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1. Cellule Proteine fibrose Tessuto biologico Matrice Eteropolisaccaridi extracellulare Liquido interstiziale fig 2 1 Composizione dei tessuti biologici 1 Macromolecole organiche composte da proteine legate a zuccheri 2 Ne sono esempi il collagene e l elastina L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling tessuti biologici vengono generalmente divisi in quattro categorie muscolare nervoso epiteliale e connettivo Il tessuto osseo un tipo particolare di tessuto connettivo che a differenza degli altri si distingue per la durezza e per le caratteristiche di resistenza alla pressione alla trazione e alla torsione Queste propriet sono dovute alla presenza nella matrice extracellulare di elevate quantit di cristalli di sali minerali Il tessuto osseo rappresenta il fondamentale costituente delle ossa ovvero di organi rigidi che sostengono le diverse parti corporee e ne permettono il reciproco movimento e che proteggono gli organi interni si trova anche nei denti dei quali forma la dentina e il cemento Il tessuto osseo inoltre svolge un ruolo essenziale nelllomeostasi del calcio essendo il principale serbatoio dell organismo in cui questo minerale si accumula sotto forma di fosfati di calcio e dal quale pu essere rilasciato in condizioni di necess
2. 24 2 5 J Pattori ormonal n aan 26 2 5 4 Signalling modelli biologici della 29 2 5 5 Signalling modelli matematici della traduzione 37 2 6 teer 40 A ted use eter einer eher 41 2 6 2 Sintomatologia or ce e EG e Ns 43 2 O23 DIABMOSI ia 43 2 04 Epidemiologia ree cei o re rte er e IR ARRIERE rici 44 3 Eallenamento Vibratorio 21er Ile 47 SALE a onc ec b cito esas atti pad de utto Eee ale 47 32 Storia delle vibrazioni aueh AAA IRE VR Cu d 51 3 3 Efficacia dello stimolo ciclico intermittente i 51 3 4 L applicazione delle vibrazioni in medicina 55 3 5 WHOLE BODY VIBRATION uno studio pilota nnne 57 4 La pedana vibrante GLOBUS 63 4 1 Firmware Software eee 65 4 2 La marcatura CE e il Fascicolo Tecnico di prodotto 71 4 3 Misura delle prestazioni ae 76 Bibliografia elle emen aes 81 APPENDICI ara ia 85 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 1 INTRODUZIONE 1 1 L azienda La GLOBUS ITALIA s r l presente nel mondo dello sport da 20 anni offre una gamma comp
3. L Z SOV AR xe H9IH ZH 02 31V 1dOISAHd RINGRAZIAMENTI Si ringraziano vivamente il prof Claudio Cobelli per aver accettato di far da relatore alla seguente relazione KK K K ck A ok ok ck A K K AR K K AR K K K FK K K RAR K K K ee K e K la dott ssa Zimi Sawacha per la cordialit la pazienza e i preziosi suggerimenti per la stesura del presente lavoro KK K K K K K K K A K K AR K K K AR K K K K K K K K K K K K K K K l azienda GLOBUS ITALIA SRL per la disponibilit mostrata nell accogliere questa esperienza formativa e in particolar modo si ringrazia il dott Pierpalo Lucchetta e il dott Michele Sciannimanica per la cortesia il supporto e la disponibilit mostrati durante tutto il periodo KK K K K K K K K FK K K K K K K K K K FK K K K K K K K K K K K K K la dott ssa Rachele Volpe anatomopatologa presso il CRO di Aviano per la disponibilit e la cortesia durante la fase di raccolta del materiale bibliografico
4. fig 4 4 Le prime due schermate dell interfaccia grafica utente di navigazione In figura 4 4 sono rappresentate le immagini BMP delle prime due schermate che si presentano all utente quando la pedana viene accesa Nella fattispecie la figura di destra rappresenta il menu principale dove l utente pu scegliere un particolare set di programmi orientato ad un obiettivo 66 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling specifico e che in questo documento sono stati sostituiti con una dicitura generica di AREA Una volta entrati nel programma di allenamento desiderato l utente invitato a scegliere la parte del corpo che vuole allenare Originariamente la parte del corpo veniva scelta mediante uno scroll continuo di immagini bitmap IMMAGINE BMP PARTE DEL CORPO tasti di scroll fig 4 5 La schermata di selezione della parte del corpo mediante scroll singolo delle immagini freccia SU e GIU Questo approccio per la scelta della parte del corpo da trattare si dimostrato piuttosto infelice dal momento che si rende necessario da parte dell utente passare in rassegna le immagini una ad una in modo lineare fino a quando si giunge a quella desiderata Nell ottica quindi di semplificare la navigazione e nello stesso tempo con la volont anche di ridurre i tempi della navigazione al minimo si deciso assieme alla direzione commerciale di ripensare in toto il meccanismo della
5. x t dt dt 41 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Nella menopausa la forma 1 si riscontra un maggiore produzione di osteoclasti causata dalla perdita di estrogeni che porta ad un eventuale innalzamento delle citochine correlato alla produzione di osteoclasti Nella seconda forma con l avanzare dell et diminuisce l attivit degli osteoblasti Esistono diversi fattori di rischio che aumentano la probabilit che l osteoporosi si manifesti essi si dividono a seconda che sia un evento modificabile o no NON MODIFICABILI Et costituisce il pi elevato fattore di rischio in quanto nella vecchiaia avviene il deterioramento della massa ossea sostanzialmente fisiologico Fattori genetici Carenza di ormoni quali estrogeni nelle donne e testosterone sia negli uomini che nelle donne solo nella forma Il per Presenza di patologie come artrite reumatoide Malattie ereditarie quali per esempio l osteogenesi imperfetta MODIFICABILI Dieta carenza di calcio proteine vitamina C e D Basso peso corporeo inteso come inferiore all 85 di quello considerato ideale Abuso di alcool Fumo di sigaretta Inattivit fisica Neoplasie al midollo osseo E 5 150 3 o T o T ni n Se 500 72 1 Peak bone mass 22 2 Menopausal bone loss Ex 3 Bone loss with age Ev 0 0 20 40 60 100 Age years
6. 12 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Il Fascicolo Tecnico di Prodotto Abbiamo visto quindi come la Marcatura CE richieda anche e soprattutto il FT Questo documento serve a documentare le scelte progettuali e costruttive messe in atto al fine di dimostrarne la conformit In esso dunque si giustificano e descrivono le scelte le soluzioni e le problematiche relative all uso e al ragionevolmente prevedibile impiego della macchina in questione Il FT costituisce l elemento chiave per la valutazione della conformit del prodotto nell ambito del controllo del mercato da parte degli Stati membri Questo perch nella maggioranza dei casi la valutazione della conformit si basa esclusivamente sulla dichiarazione di conformit fatta dal fabbricante senza l intervento di una terza parte o di un Organismo Notificato Una sorta di autocertificazione Nel dettaglio esso comprende le informazioni su progettazione costruzione e funzionamento del prodotto deve riportare una descrizione generale che includa anche per le varianti disegni e schemi di progettazione e costruzione include risultati dell analisi dei rischi applicabili Questa la parte pi importante del documento ed da ritenersi assolutamente indispensabile Tale intervento per il quale possono essere applicate differenti metodologie mira ad analizzare in dettaglio le caratteristiche mec
7. fig 2 22 Andamento della massa totale di calcio i uomini e donne a seconda dell et 42 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 2 6 2 Sintomatologia L osteoporosi si manifesta inizialmente con una diminuzione del tono calcico nella massa ossea osteopenia Le ossa pi facilmente interessate dalla diminuzione del tono calcico sono le vertebre dorso lombari il femore e il polso Inizialmente asintomatico rimane tale per 2 3 delle persone Le prime manifestazioni compaiono con le fratture il dolore alle ossa e alla muscolatura ad esempio tipico della presenza di fratture ma esse possono anche non essere avvertite dall individuo e possono mostrarsi anche al minimo evento traumatico Solitamente il dolore localizzato alla schiena di tipo acuto e si aggrava in presenza di carico Con il progredire dell osteopenia si pu manifestare crollo vertebrale o frattura del collo femorale 2 6 3 Diagnosi Le normali radiografie utilizzate per scoprire la presenza di fratture non portano ad una diagnosi certa della malattia quindi si preferisce la DEXA la Dual Energy X ray Absorptiometry a cui dovrebbero sottoporsi tutte le donne di et superiore ai 65 anni vedi APPENDICE A Questo tipo di esame radiografico preferibile anche per le dosi di radiazioni molto inferiori rispetto alle normali radiografie 25 30 di una radiografia al torace 1 3 della DEXA Il T Score
8. DEPARTMENT OF INFORMATION ENGINEERING UNIVERSITY OF PADOVA L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico meccanismi di traduzione dello stress meccanico in segnale biologico utile nei processi di rimodellamento osseo Relatore Ch mo Prof Claudio Cobelli Correlatore Zimi Sawacha Ph D Laureando Andrea Della Libera Relazione Tirocinio presso GLOBUS ITALIA SRL Tutor aziendale dott Pierpaolo Lucchetta CEO A A 2012 2013 Ai miei genitori Indice rie 1 ii o 1 ERECTA O ads 1 1 3 Struttura della relaztorie oon ii ie 2 tesstto OSSEO eaer E TAE a EAEE A T E A E E E T 4 2 1 x IntFoduzIones ated tati 4 2 2 Composizione macrostruttura e microarchitettura 5 2 3 Componente cellulare 4 2 iia 9 2 4 Biomeccanica dell OS eu dte test uide Map tons eu sd Cu dut ovid eii 10 2 4 1 Aspetti generali ian an Ania o e Rd e inno 11 2 4 2 Propriet dei tessuti corticale e 15 2 4 3 Biomeccanica dell articolazione del 19 2 5 processo di rimodellamento OSSeo n tri 22 2 5 1 Il modello di Davy Hart n 23 2 5 2 L azione biologica del rimodellamento
9. In definitiva questo ed altri studi portano a pensare che il segnale di trigger sia costituito dagli sforzi di taglio che insistono sulla membrana cellulare da parte del fluido canaliculare e che tra tutte le cellule del tessuto osseo siano proprio gli osteociti i principali attori riceventi questo segnale PF lt lt PFF 2 Z 1500 m 22 1000 a Er 5 a 2 500 di di O 7 0 A 0 15 30 45 60 A 0 15 30 45 60 time min time min fig 2 17 Risultati dell esperimento di Klein Nulend et al Nel grafico a sinistra l andamento di produzione di prostaglandina E2 negli osteociti OCY mentre in quello di destra nei fibroblasti periostali PF In entrambi i grafici la curva nera rappresenta il gruppo di cellule sottoposte a fluidi pulsanti PFF mentre la curva bianca rappresenta il gruppo di controllo Con E opportuna ricordare che nel lavoro di Klein Nuland et al si usa il termine canalicoli per riferirsi agli spazi interstiziali cellulari e non ai canali di Havers e Volkman cfr figg 2 4 6 deputati al trasferimento di nutrienti all osso e che sono pi grandi dei canalicoli di un fattore di circa 30 000 Data la grande sezione del canale haversiano infatti pi che lecito supporre che la pressione all interno di questi sia costante nel tempo e quindi che i contributi di pressione dovuti alla deformazione indotta dallo stress meccanico siano del tutto trascurabili 32 L allenamento vibratorio nel paziente geriat
10. Mechanical properties and composition of cortical bone in Clinical Othopedic 1978 pp 192 217 82 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 Cowin SC Weinbaum S et al A case for bone canaliculi as the anatomical site of strain generated potentials in Journal of Biomechanics 28 1995 pp 1281 1297 Duncan RL Turner CH Mechanotransduction and the functional response of bone to mechanical strain in Calcified Tissue International 57 1995 pp 344 358 Huiskes R Ruimerman R et al Effects of mechanical forces on maintenance and adaptation of form in trabecular one in Nature 405 2000 pp 704 706 Jacobs CR Yellowley CE et al Differential effect of steady versus oscillating flow on bone cells in Journal of Biomechanics 31 1998 pp 969 976 Kim YJ Bonassar LJ et al The role of cartilage streaming potential fluid flow and pressure in the stimulation of condrocyte biosynthesis during dynamic compression in Journal of Biomechanics 28 1995 pp 1055 1066 Klein Nulend J et al Sensitivity of osteocytes to biomechanicl stress in vitro in The FASEB Journal 9 1995 pp 441 445 Konikoff JJ Origin of the osseous bioelectric potentials a review in Annals of Clinical amp Laboratory Science 5 1975 pp 330 337 Mullender MG Huis
11. Units Crossbgw ACCEL VIEW version 2 0 Ce 2 00 1 507 1 00 0 50 0 00 0 50 update rate 71 00 146 samples sec 1 50 x axis 200 2 00 d 100 fig 4 12 Una schermata del software di acquisizione 78 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Dopo aver ideato un opportuno sistema di ancoraggio del dispositivo di acquisizione sul piatto di vibrazione della pedana in posizione centrale stato possibile cominciare la raccolta dati Una misura di questo genere ha permesso di verificare la vibrazione sotto due distinti aspetti e la bont dell uniassialit della vibrazione intesa come capacit del piatto di vibrazione di muoversi il pi possibile solo lungo l asse verticale asse Z cercando di limitare i movimenti nelle altre due direzioni spaziali X e Y la capacit di fornire un adeguata accelerazione verticale espressa in termini di g Il software registra i dati in un semplice file di testo che successivamente pu essere importato in un comune programma di fogli di calcolo per la creazione del grafico L APPENDICE C riporta una serie di documenti a questo proposito e comprende sia un esempio di dati grezzi che una serie di grafici ottenuti da vari modelli di pedana a differenti parametri di vibrazione Conclusioni L analisi dei dati ricavati dai test di misurazione ha confermato la bont del prodotto nel suo insieme sia come uniass
12. nell osso trabecolare i canali haversiani non esistono ed il tessuto viene depositato in strati longitudinali Si ritenuto a lungo che questa differenza nella composizione microstrutturale in combinazione con le piccole dimensioni delle trabecole portasse il tessuto trabecolare ad essere meno rigido e forte rispetto alla controparte corticale Tuttavia recenti studi sembrano indicare che le propriet strutturali potrebbero essere molto simili Tessuto osseo corticale Molti sono i fattori che influenzano le propriet del tessuto osseo Una di queste la velocit con cui si applica il carico Campioni di tessuto osseo caricati molto rapidamente esibiscono un incremento del modulo elastico Materiali di questo tipo per i quali le caratteristiche di tensione deformazione dipendono dalla velocit di applicazione del carico sono detti viscoelastici Un altro fattore determinante la quantit in percentuale di contenuto liquido intuitivamente un osso che contiene pi acqua a parit di carico applicato e di velocit di applicazione dello stesso subir una deformazione maggiore 15 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 120 z E s 80 o d 40 02 04 06 08 10 04 08 12 L6 20 24 28 32 Es Es 76 fig 2 9 Curve tensione deformazione misurate in corrispondenza di differenti valori per il contenuto liquido maggior contenuto liquido a destra
13. 0 684 0 769 0 073 0 501 0 745 0 794 0 159 0 427 0 684 0 745 0 208 0 366 0 696 0 745 0 281 0 22 0 672 0 684 0 281 0 147 0 696 0 427 0 623 0 549 0 745 0 33 0 598 0 598 0 794 0 33 0 598 0 623 0 769 0 269 0 659 0 647 0 794 0 22 0 647 0 745 0 757 0 012 0 684 0 696 0 281 0 085 Y 1 213 0 875 1 079 1 494 0 456 0 838 1 201 1 506 0 383 0 765 1 287 1 433 0 432 0 643 1 397 1 335 0 322 0 582 1 458 1 36 0 237 0 447 1 555 1 262 0 163 0 374 1 58 1 189 0 008 0 276 1 751 0 615 1 033 0 578 1 738 0 554 1 009 0 701 1 702 0 542 1 07 0 835 1 69 0 53 1 033 0 945 1 604 0 53 0 862 1 079 0 215 0 313 1 604 1 14 0 069 2 6 223 6 574 0 627 6 528 0 13 6 574 0 102 6 552 0 42 6 488 0 557 6 54 1 103 6 439 1 082 6 455 1 641 6 305 1 68 6 357 2 288 6 158 2 205 6 174 2 813 5 926 2 633 6 027 3 301 5 707 5 588 3 378 6 061 3 008 5 832 2 865 6 244 2 581 5 978 2 303 6 378 2 08 6 223 1 778 6 488 1 531 6 406 1 18 6 574 0 859 3 997 5 902 2 84 5 917 3 582 accelerazione g PHYSIOPLATE GOLD 50 Hz LOW x mY AZ tempo odula 8 r 9 accelerazione g 27 00 AH xe H9IH ZH 0S q109 31V 1dOISAHd oduiej accelerazione g gi
14. causando un deficit biologico prima e meccanico poi all intera struttura ossea che in alcuni casi patologici pu degenerare in una vera e propria malattia denominata osteoporosi e a cui si far cenno pi avanti 2 5 3 Fattori ormonali Tra gli ormoni che giocano un ruolo fondamentale nel metabolismo osseo si distinguono gli ormoni calciotropi e quelli attivi a livello sistemico ORMONI CALCIOTROPI regolano specificatamente l omeostasi del calcio PARATORMONE Il paratormone PTH un ormone di natura peptidica Viene secreto dalle paratiroidi quattro ghiandole endocrine situate nel collo sulla faccia dorsale della tiroide 26 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Il paratormone insieme alla calcitonina adibito all omeostasi degli ioni calcio e fosforo Questi due minerali oltre ad essere i principali costituenti delle ossa e dei denti permettono la contrazione muscolare la trasmissione degli impulsi nervosi la coagulazione del sangue ed il normale svolgimento di numerose reazioni metaboliche E quindi fondamentale che la loro concentrazione rimanga relativamente costante durante tutto l arco della giornata Effetto sul metabolismo osseo stimola il riassorbimento osteoclastico CALCITONINA La calcitonina un ormone polipeptidico secreto dalla tiroide Insieme al paratormone essenziale per l omeostasi degli ioni calcio e fosforo La calcitonina agisce
15. delle cellule deputate a questo compito Delle 3 fasi sopra descritte sar analizzata a fondo e in dettaglio la fase 1 ovvero quella particolare fase di signalling deputata alla traduzione del carico meccanico sulla struttura ossea in un segnale biologico utile L intenzione quella di fornire una trattazione del segnale di signalling sotto due aspetti diversi 1 uno di tipo quantitativo prettamente ingegneristico dove si cercher di proporre un modello matematico 2 uno di tipo qualitativo dove invece saranno analizzati gli aspetti biologici e biochimici del processo cercando comunque di restare ad un livello di approfondimento coerente con gli intenti di questa relazione Ci detto si preferisci quindi adottare un processo del tipo bottom up partendo cio ad analizzare il processo dalla fine per poi soffermarsi appunto sulla prima fase 2 5 2 L azione biologica del rimodellamento Gli attori principali del rimodellamento osseo sono le unit strutturali definite BMUs Basic Multicellular Units Le BMUs sono costituite dalle cellule del tessuto osseo osteoclasti osteoblasti ed osteociti e dalla sostanza fondamentale circostante tenute insieme da tessuto connettivo altamente mineralizzato ma quasi privo di collagene Queste unit funzionali corrispondono anatomicamente agli osteoni Il rimodellamento osseo si verifica in focolai distinti attivi da 4 ad 8 mesi Esso viene separato in cinque fasi 24 L allenament
16. dm x t _ 2 f P x t wo cS 31 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling dove 7 Mpa 1 s 1 una costante di tempo Tutti gli osteociti N localizzati all interno della regione che circonda il punto x contribuiscono allo stimolo Pin modo tale che il uso valore in x determinato da 3 pt L k dove xi la posizione dell osteocita i S xi t il segnale meccanico di stress intercettato da questo osteocita e k un valore di riferimento La separazione tra l attivit degli osteoblasti e degli osteoclasti Il modello precedente di Mullender ancorch esaustivo nella sua semplice formulazione non tiene per conto di un fattore molto importante e nello stesso tempo anche banalmente molto evidente il rimodellamento osseo costituito da due attori principali gli osteoblasti e gli osteoclasti In condizioni omeostatiche e fisiologiche durante l et adulta questi due tipi di cellule sono responsabili del mantenimento dell equilibrio dinamico mantenendo la struttura dell osso attraverso un continuo rinnovo tissutale attraverso un costante riassorbimento operato dagli osteoclasti e un susseguente riempimento delle cavit cos prodotte da parte degli osteoblasti E pur vero anche che in condizioni patologiche per esempio nel caso di un disordine metabolico molto diffuso qual l osteoporosi l attivit di queste due cellule viene alterata Le do
17. e di differenti velocit di deformazione misurate in secondi 1 10 2 10 3 10 4 10 5 107 La fig 2 9 mette appunto in evidenza il diverso comportamento meccanico di due tessuti ossei con contenuto liquido differenti considerando infatti una velocit di applicazione di carico intermedia si vede come nel tessuto osseo a maggior contenuto liquido a destra una tensione applicata di 70 MPa induce una deformazione di circa lo 0 896 mentre nella figura a sinistra osso meno acquoso la stessa tensione produce una deformazione inferiore allo 0 2 La biomeccanica dell osso corticale anche fortemente dipendente dall orientamento della microstruttura ossea rispetto alla direzione di carico Molti studi hanno infatti dimostrato che l osso corticale e pi duro e rigido in direzione longitudinale ovvero secondo la disposizione degli osteoni rispetto alla direzione trasversale Le ossa lunghe perci sono in grado di sorreggere pi efficacemente il carico lungo il loro asse principale Ecco che si viene dunque a configurare un altra propriet del tessuto osseo un materiale le cui propriet e caratteristiche dipendono dalla direzione di analisi sono detti materiali anisotropi Una conseguenza diretta dell anisotropia il fatto cio che le misure che vengono effettuate su di un campione di questo tipo siano fortemente dipendenti dalla direzione assieme al carattere 16 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico
18. failure conseguenza inevitabile dell incapacit del materiale a sopportare ulteriormente il carico applicato E importante sottolineare che qui la curva forza elongazione rappresenta il comportamento della struttura ed tipica di un certo materiale di lunghezza L e sezione A come si desume dalla 2 differenti valori di questi parametri caratteristici produrrebbero differenti curve Per fornire quindi una rappresentazione standardizzata del comportamento meccanico del materiale contrapposta al comportamento strutturale si preferisce disegnare una curva normalizzata nota come curva di tensione deformazione fig 2 8c Ultimate tensile Strength Yield strength E Elastic modulus Strain fig 2 8c Questa curva normalizza la relazione forza elongazione ovvero elimina l influenza della geometria del materiale considerato nella fattispecie il cilindro dividendo la forza applicata F per l area della sezione trasversale A e l elongazione A L per la lunghezza originaria L Ponendo cio o 3 13 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling La 3 rappresenta quindi il legame costitutivo tra tensione e deformazione nel caso di una barretta cilindrica sottoposta a trazione monoassiale di tipo longitudinale Dimensionalmente parlando come si vede dalla 3 l unit di misura della tensione o N m o Pascal Pa nella pratica
19. il punteggio della densit calcolato in DS deviazione rispetto al valore normale La perdita ossea riscontrata per trovarsi di fronte all osteoporosi dev essere del 30 A seconda del valore del cosiddetto T Score si distinguono i seguenti casi e stadio 0 osteopenia minerali ossei diminuiti T Score da 1 0 a 2 5 deviazione standard e stadio 1 osteoporosi clinica densit ossea bassa T Score lt 2 5 senza fratture cliniche e stadio 2 osteoporosi conclamata densit ossea molto bassa T Score lt 2 5 fratture vertebrali senza trauma rilevante stadio 3 severa osteoporosi progredita densit ossea molto bassa stato di iperfragilit T Score inferiore a 2 5 fratture vertebrali multible senza trauma rilevante spesso presenza anche di fratture extraspinali senza traumi evidenti o fratture spontanee 43 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 2 6 4 Epidemiologia In Europa circa il 30 di tutte le donne in post menopausa sono affette da osteoporosi e pi del 40 di queste presentera fratture osteoporotiche nella loro vita Inoltre il 15 30 degli uomini svilupper almeno una frattura da fragilit ossea Nei paesi europei l incidenza di fratture all anca aumentata nientemeno che del 30 100 tra il 2001 e il 2007 Nel 2000 si sono verificate un totale di 3 79 milioni di fratture osteoporotiche e si calcolato che di queste 0 89 milioni erano fratture all a
20. intensit dell allenamento sono stati variati sia i parametri di ampiezza dell oscillazione bassa 1 7mm alta 2 5mm che la frequenza 35 40 Hz La durata di una sessione di allenamento vibratorio nel gruppo WBV stata al massimo di 30 minuti inclusivi sia della fase di riscaldamento che quella di rilassamento finale Un ultimo dato l accelerazione media di picco della vibrazione sinusoidale registrata opportunamente da un accelerometro era compresa tra 2 28g e 5 09g 58 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Gruppo RES Resistenza muscolare soggetti appartenenti al gruppo RES e cio ai soggetti che si allenavano in modo tradizionale presso il centro di fitness dell Universit belga erano invece sottoposti ad un allenamento di tipo standard consistente in una fase di riscaldamento di 20 minuti di step corsa o bicicletta Dopo il riscaldamento i partecipanti sono andati incontro ad un programma di resistenza usando le pi comuni macchine che si possono trovare in qualsiasi palestra mediamente attrezzata come la leg press leg extension e knee extensors Anche in questo caso il carico di lavoro stato progressivamente aumentato durante l arco dei 6 mesi di allenamento Gruppo CON gruppo di controllo Per quanto riguarda i soggetti appartenenti al gruppo di controllo stato chiesto a questi di mantenere costante il loro livello di esercizio fisico cos c
21. modelli matematici e biologici di signalling viscoelastico fanno del tessuto osseo un tessuto molto complesso che per essere univocamente caratterizzato e identificato necessita di molti parametri si noti infatti come nei grafici della figura 1 9 sia la tensione che la deformazione abbiano come pedice 33 le curve qui rappresentare si riferiscono cio ad una direzione ben precisa cfr nota 7 pag 14 Nella tabella seguente si riportano i valori di tensione di frattura relativi all osso corticale di un femore umano adulto sia in direzione longitudinale che trasversale distinguendo nello stesso tempo sia tensioni di trazione che di compressione Modalit di carico Tensione di frattura MPa Longitudinale Trazione 133 Compressione 193 Trasversale Trazione 51 Compressione 133 tabella 2 1 Tensioni di frattura dell osso corticale femorale di uomo adulto Analizzando la tabella si ricavano le seguenti osservazioni 1 la tensione di compressione maggiore di quella di trazione in entrambi i casi longitudinale e trasversale 2 valori trasversali sono tutti inferiori a quelli longitudinali Longitudinale GPa 17 0 Trasversale GPa 11 5 tabella 2 2 Moduli dell osso corticale femorale di uomo adulto La tabella 2 2 che riporta i moduli elastici dell osso corticale femorale umano relativamente alle due direzioni principali di analisi conferma ulteriormente le conclusioni di cui si appena detto si 17 L a
22. occhio riesce ad identificare subito ci che vuole scegliere senza dover effettuare uno scroll lineare e poco pratico 68 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Le aree di touch non sono fisse non fanno cio parte dell immagine BMP sottostante ma vengono di volta in volta disegnate tutte e solo quelle che sono compatibili con l esercizio precedentemente scelto sono cio disegnate a runtime dal firmware stesso Per capire se c stato effettivamente un miglioramento con l introduzione della nuova interfaccia grafica si propongono qui di seguito due tabelle comparative tra l interfaccia originaria e quella nuova in termini sia di numero di pressioni sullo schermo che in termini di tempo effettivo per fare la scelta e proseguire nella navigazione Si valutano ovviamente sia il caso migliore che il caso peggiore Caso MIGLIORE n tocchi n immagini secondi PRIMA 1 1 DOPO 1 1 tabella 4 1 Tabella di confronto nell ipotesi migliore parte del corpo in posizione 1 su un totale di n immagini Caso PEGGIORE n tocchi n immagini secondi PRIMA n n DOPO 2 2 tabella 4 1 Tabella di confronto nell ipotesi peggiore parte del corpo in posizione n su un totale di n immagini Si deduce quindi che nell interfaccia originaria il tempo di attesa poteva variare da un minimo di 1 secondo ad un massimo di n secondi ovvero un tempo proporz
23. ordine alla sicurezza Se il produttore o il suo rappresentante non presenta questa documentazione a fronte di una richiesta delle autorit questo comportamento sar sufficiente per dubitare dell effettiva conformit del prodotto ai requisiti della Direttiva La quantit e il livello di dettaglio delle informazioni presenti nel FT della costruzione dipendono dalle caratteristiche della macchina e da quanto tecnicamente necessario per dimostrare la conformit alle norme armonizzate se sono state eseguite dal fabbricante e ai requisiti essenziali di sicurezza della Direttiva La documentazione deve risultare di facile consultazione lettura e comprensione e le informazioni devono essere sempre commisurate alla complessit alla natura e alla rilevanza dei rischi correlati alla macchina L obbligo di tenere a disposizione almeno un FT all interno del territorio comunitario nasce nel momento dell immissione del prodotto sul mercato comunitario a prescindere dalla sua provenienza geografica e spetta al fabbricante o al suo mandatario stabilito nella Comunit Se il fabbricante non stabilito nella Comunit ed in assenza di un mandatario l obbligo spetta alla persona responsabile dell immissione del prodotto sul mercato comunitario T2 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 4 3 Misura delle prestazioni Un altra parte importante dell esperienza formativa e stata quella di
24. possono essere raggruppate in due categorie OSTEOPOROSI PRIMARIE 95 dei casi registrati Si suddividono in e osteoporosi idiopatica la forma pi rara e la cui causa non ancora del tutto chiara e osteoporosi di tipo o post menopausale dovuta alla caduta della produzione ormonale e osteoporosi di tipo Il o senile dovuta per esempio alla ridotta mobilizzazione OSTEOPOROSI SECONDARIE 5 dei casi registrati Le osteoporosi secondarie sono un gruppo ricco di varianti ma costituiscono solo il 5 delle osteoporosi Le principali sono classificabili come causate da e iperparatiroidismo e basso peso corporeo e immobilizzazione protratta e artrite reumatoide Osso normale Osso osteoporotico fig 2 21a Osso normale e osteoporotico rarefazione trabecolare a confronto 40 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling fig 2 21b D SAT m T fig 2 21c 2 6 1 Eziologia Dal punto di vista eziologico la causa principale e l alterazione di quell equilibrio dinamico tra deposizione di nuovo tessuto e suo riassorbimento Nel caso quindi dell osteoporosi l attivit osteoclastica e prevalente rispetto a quella osteoblastica e le ossa diventano quindi pi fragili e sono esposte ad un maggior rischio di frattura per traumi anche minimi Usando il formalismo matematico precedentemente descritto abbiamo quindi che dm x t
25. scientifico alle affermazioni che l azienda fa nei confronti del prodotto stesso validazione scientifica e di cui la presente relazione parte integrante ed essenziale Misura delle prestazioni della macchina mediante l utilizzo di opportuni sistemi di misura Supporto tecnico all assistenza clienti sia inteso come customer care interno all azienda che come assistenza vera e propria on site presso il cliente 63 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Po fig 4 1 Il modello GOLD nei due colori disponibili i N i GLOBUS GLOBUS fig 4 2 Il modello FIT nei due colori disponibili 64 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 4 1 Firmware Software Firmware L interfaccia utente della pedana costituita da un display monocromatico e da un controllo touch di tipo resistivo La logica di bordo invece consta di un hardware sviluppato attorno al microprocessore eZ80 Acclaim della ZILOG accompagnato da una scheda di controllo comandata da una FPGA il cui scopo quello di correggere e ricostruire i sincronismi del video tra il microprocessore e il display Una parte del tempo ancorch breve stata dedicata alla correzione ed implementazione di nuovi algoritmi di navigazione all interno del sorgente del programma di navigazione con cui viene appunto programmato il microprocessore eZ80 Il linguagg
26. sono le cellule deputate alla sintesi della matrice intercellulare del tessuto osseo e alla sua mineralizzazione La loro morfologia cambia a seconda della loro dislocazione Nel tessuto osseo lamellare la loro forma ellissoidale con l asse maggiore orientato parallelamente alle fibre collagene mentre nel tessuto osseo non lamellare la loro forma globulare Gli osteoblasti depongono le sostanze sintetizzate di natura filamentosa grazie a processi di esocitosi L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Osteociti Gli osteociti rappresentano la popolazione di cellule che vive all interno del tessuto osseo Essi sono totalmente circondati dalla matrice mineralizzata ma la presenza di trabecole fa si che gli osteociti possano avere prolungamenti citoplasmatici atti a creare una fitta rete all interno del tessuto Le trabecole ospitano quindi delle vere e proprie giunzioni citoplasmatiche atte a favorire gli scambi metabolici proprio perch la principale attivit degli osteociti quella metabolica Osteoclasti Gli osteoclasti sono elementi cellulari che hanno il compito di degradare la matrice del tessuto osseo sono cio cellule preposte al riassorbimento del tessuto Il tessuto osseo infatti un tessuto dinamico capace di modificare la propria morfologia Appare quindi chiaro che per poter differenziare la forma il tessuto deve essere rimodellato aggiungendo o togliendo part
27. verificare sperimentalmente la bont della macchina mediante alcuni test sul prodotto finito Abbiamo visto precedentemente come l accelerazione sia un parametro fondamentale per questo tipo di dispositivi ed quindi logico aspettarsi che uno dei parametri che caratterizzano maggiormente una pedana vibrante sia la sua capacit di fornire un adeguata accelerazione normalizzata ed espressa per esigenze commerciali e di semplicit in termini di numero di g La misura di questo parametro oltre ad essere un fattore importante per la direzione commerciale anche una misura molto utile ai fini della qualit del prodotto stesso e si integra perfettamente in una logica tipica di un Sistema di Gestione della Qualit Aziendale Per esempio una misura di accelerazione difforme dalla media pu essere l indice di un problema di meccanica del motore o della struttura ed fondamentale capire dove risiede il problema e se questo sistematico casuale comune ad un lotto di produzione ecc al fine di identificare la giusta manovra correttiva che pu andare da una banale riparazione in loco ad una pi seria e problematica questione di non conformit del fornitore Il mio compito stato quindi quello di e identificare ed acquistare un opportuno sistema di misura che fosse sia facilmente installabile sulla pedana e nello stesso tempo fornisse i dati in uscita in un formato sufficientemente in chiaro da permetter una post elaborazione quasi im
28. 0 90 0 14 0 93 0 14 0 71 Osteocalcin ng ml 36 4 74 33 7 83 324 6 3 0 71 C telopeptide ng ml 0 416 0 159 0 454 0 154 0 477 0 244 0 55 Isometric strength N m 113 0 22 0 115 6 24 2 114 3 21 1 0 17 Dynamic strength N m 81 1 15 2 89 2 16 0 83 7 15 4 0 24 Fat mass g 24131 5583 25332 6507 25914 9144 0 68 tabella 3 1Caratteristiche fisiche e biochimiche dei vari gruppi in esame La tabella 3 1 riporta le caratteristiche medie dei 3 gruppi di donne relativamente ad alcuni parametri fisici biologici e biochimici e che serviranno come punto di partenza per poi confrontare gli stessi con quelli misurati alla fine del periodo di allenamento parametri per noi di maggior interesse sono quelli contrassegnati dall indice BMD Bone Mass Density Densit di Massa Ossea essendo un indicatore diretto della mineralizzazione del tessuto osseo Gruppo WBV Whole Body Vibration soggetti nel gruppo WBV hanno svolto esercizi statici e dinamici su una piattaforma vibrante prodotta da un noto marchio americano carichi di allenamento sono stati progressivamente aumentati durante l intera durata dello studio L intensit dell allenamento stata anch essa sistematicamente aumentata incrementando sia si ala durata di una sessione di vibrazione che il numero di serie di un singolo esercizio o anche il numero di differenti esercizi periodi di riposo sono stati man mano accorciati e sempre nell ottica di aumentare l
29. 97 402 41 Skerry TM et al Early strain related changes in enzyme activity in osteocyte following bone loading in vivo in Journal of Bone Mineral Research 4 1989 pp 783 788 84 APPENDICE A AMBULATORIO PER L OSTEOPOROSI UNITA OPERATIVA DI MEDICINA PRESIDIO OSPEDALIERO DI VITTORIO VENETO TV Sex Female Height 163 0 cm Patient ID Ethnicity White Weight 75 0 kg DOB 13 June 1941 Menopause Age 52 Age 69 Scan Information Scan Date 13 May 2011 ID A05131100 Scan Type f Lumbar Spine Analysis 13 May 2011 16 26 Version 12 6 Lumbar Spine Operator DeC Model Discovery W S N 80458 Comment DXA Results Summary Region Area BMC BMD cm g cm 12 87 10 38 0 806 13 82 12 19 0 882 14 31 13 99 0 978 19 65 20 54 1 045 60 66 57 10 0 941 116 x 133 Total BMD CV 1 0 WHO Classification Normal Fracture Risk Not Increased BMD Physician s Comment T score vs White Female Z score vs White Female Source Hologic HOLOGIC AMBULATORIO PER L OSTEOPOROSI UNITA OPERATIVA DI MEDICINA PRESIDIO OSPEDALIERO DI VITTORIO VENETO TV Sex Female Height 163 0 cm Ethnicity White Weight 75 0 kg DOB 13 June 1941 Menopause Age 52 Age 69 Referring Physician A Scan Information 2 Scan Date 13 May 2011 ID A0513110P j Scan Type x Left Hip an Analysis 13 May 2011 16 27 Version 12 6 GR Left Hip Operator DeC Model Discov
30. Assessing Compliance Efficacy and Safety in Journal of Bone and Mineral Research vol 19 n 3 2004 pp 343 351 Sabine MP Verschueren et al Effect of 6 Month Whole Body Vibration on Hip Density Muscle Strength and Postural Control in Postmenopausal Women A Randomized Controlled Pilot Study in Journal of Bone and Mineral Research vol 19 n 3 2004 pp 352 359 Clinton Rubin et al The anabolic activity of bone tissue suppressed by disuse is normalized by brief eposure to extremely low magnitude mechanical stimuli in The FASEB Journal 15 2001 pp 2225 2229 L C Winter et al Intermittent versus continuous stretching effects on osteoblast like cell in vitro in Journal of Biomedical Materials Research 67A 2003 pp 1269 1275 Burger EH et al Microgravity and bone cell mechanosensitivity in Bone 22 1998 pp 1275 1305 Burger EH et al Mechanotraansduction bone Role of the lacuno canalicular network The FASEB Journal 13 Suppl 1999 pp S101 S112 Burger EH et al Function of osteocytes in bone Their role in mechanotransduction in Journal of Nutrition 125 1995 pp 2020S 2023S Burger EH et al Mechanical stress and osteogenesis in vitro in Journal of Bone Mineral Research 7 Suppl 2 1992 pp S397 S401 Burstein AH et al The ultimate properties of bone tissue the effects of yielding in Journal of Biomechanics 5 1972 pp 35 44 Carter DR et al
31. WBV misurato in un incremento netto dell 1 5 dopo i 6 mesi in relazione al gruppo di controllo molto vicino dal punto di vista quantitativo all incremento BMD osservato dopo 6 mesi in recenti trial clinici coinvolgenti soggetti osteoporotici trattai con farmaci antiriassorbenti 21 22 supportando in ultima analisi la rilevanza clinica dello studio di Verschueren et al Altri studi hanno dimostrato come sollecitazioni vibratorie con relativamente grandi ampiezze ed elevate frequenze di stimolazione siano tra le pi osteogeniche 23 24 L esperimento di Verschueren et al combina entrambi questi due aspetti 12 In questo paragrafo i numeri tra parentesi indicano il riferimento bibliografico corrispondente 61 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Tuttavia molti quesiti rimangono dopo questa indagine per esempio se questi effetti ostegenici di breve termine persistano nel tempo o se il protocollo di allenamento possa essere in qualche modo ottimizzato per aumentare questi effetti osteogenici In conclusione si pu comunque affermare senza tema di smentita al momento che un programma di allenamento di tipo WBV di 6 mesi rivolto a donne in stato di buona salute e in et post menopausale sia in grado di modificare la densit ossea totale del femore la cui debolezza strutturale ricordiamo essere uno dei principali fattori di rischio per la frattura dello stesso in et geriatr
32. a 5 L incremento della densit ossea dopo un carico dimostra come il tessuto osseo si adatta ai cambiamenti nell ambiente meccanico in cui si muove questo processo permette allo scheletro di resistere alle forze in gioco dovute alla normale attivit funzionale 17 18 Tuttavia particolarmente negli individui pi anziani esercizi di sopportazione del carico relativamente intensi possono evidentemente aumentare il rischio di fratture e o danni all apparato scheletrico in generale 19 Inoltre esiste un evidenza sperimentale che gli effetti osteogenici di sopportazione di un carico possono venire meno con l avanzare dell et 20 Scopo della ricerca quello quindi di continuare a trovare strategie alternative che rendano l effetto del carico meno rischioso e o che possano migliorare l efficacia della risposta adattiva dell osso al carico Il paradigma di allenamento proposto nello studio di Verschueren et al potrebbe potenzialmente offrire una siffatta strategia per le donne in et post menopausale dal momento che i risultati dimostrano che un periodo di 24 settimane di allenamento WBV che carica meccanicamente l osso evocando anche contemporaneamente contrazioni muscolari di tipo riflessivo non solo non ha prodotto quegli effetti collaterali che normalmente sono associati alle vibrazioni ma ha anche determinato un aumento dell indice BMD del femore Ancora il cambiamento medio nella densit ossea totale del femore nel gruppo
33. a proseguendo incontriamo il citoscheletro costituito da microtubuli microfilamenti di actina MF e altri tipi di filamenti intermedi IF nel centro della figura infine rappresentata la matrice nucleare dove vari fattori di trascrizione NMATF Nuclear Matrix Transcriptor Factors sono collegati direttamente al gene bersaglio che modificandone la geometria ne influenzano l espressione Alla fine possiamo dire che lo stimolo meccanico viene intercettato e tradotto attraverso due percorsi distinti ma comunque collegati tra di loro La fig 2 20 riassume quanto detto in precedenza mettendo in evidenza non solo i due diversi modi di intercettamento del segnale ma anche la correlazione che in certi punti esiste tra i due diversi rami cell gt 2nd autocrine paracrine A membrane messengers signaling strain stimulus NX adhesion actin nucleo ene em ina ES u gt 27 nti Nu 10 08 molecules cytoskeleton skeleton fig 2 20 Riassunto della traduzione del segnale e dei suoi effetti 36 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 2 5 5 Signalling modelli matematici della traduzione Lo scopo di questa sezione quella di tentare di utilizzare gli strumenti propri della matematica nell ambito biologico nella fattispecie si proporr nei paragrafi seguenti una serie di considerazione quantitative e qualitative tali da poter formalizzare in qu
34. a livello osseo e renale esercitando funzioni per molti versi opposte a quelle ricoperte dal paratormone In particolare questo polipeptide aumenta l escrezione renale di fosforo e stimola il riassorbimento del calcio favorendone la deposizione nelle ossa Grazie a tali propriet la calcitonina si oppone al rialzo eccessivo della calcemia parametro che esprime la concentrazione di Ca2 nel plasma aumentando la mineralizzazione ossea In un unico termine la calcitonina ha propriet ipocalcemizzanti Com logico aspettarsi la sua secrezione aumenta in risposta all ipercalcemia e viceversa In virt della sua azione mineralizzante la calcitonina viene impiegata nella terapia del morbo di Paget una condizione geneticamente determinata in cui le ossa sono deboli a causa dell iperattivit degli osteoclasti Effetto sul metabolismo osseo inibisce il riassorbimento osteoclastico ORMONI A LIVELLO SISTEMICO influenzano il metabolismo osseo ANDROGENI ESTROGENI Ormoni di tipo sessuale presenti nella donna nell uomo Effetto sul metabolismo osseo lo aumentano ecco perch le donne sono pi soggette all osteoporosi dopo la menopausa 27 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling ORMONI TIROIDEI Effetto sul metabolismo osseo lo aumentano in sinergia con il GH ma se presenti in eccesso lo diminuiscono GH Growth Hormon ormone della crescita Favorisce l accrescimento schel
35. alche modo il processo del rimodellamento osseo attraverso un modello matematico proposto da Mullender et al Lungi dall essere una trattazione completa e rigorosa sull argomento e che tra l altro esula dagli scopi di questa relazione comunque interessante dare uno sguardo alle pi recenti teorie di modellizzazione matematica Nei precedenti paragrafi abbiamo detto che le principali cellule deputate alla cattura del segnale meccanico di stress e responsabili della sua traduzione in successivi segnali biochimici sono gli osteociti all interno della matrice ossea tissutale Queste cellule come appena esposto nel paragrafo precedente sono meccano sensibili e capaci di tradurre e trasportare questo segnale verso la superficie esterna dell osso cos da attrarre le cosiddette BMUs Basic Multicellular Units ovvero gli osteoblasti ed osteoclasti rispettivamente responsabili della deposizione e rimozione di tessuto osseo Si assume che il segnale mandato verso la superficie da un osteocita decada esponenzialmente con l aumento della distanza d mm secondo 1 jane dove x il punto in cui l intensit del segnale misurata x la posizione dell osteocita responsabile dell emissione di questo segnale e D mm determina il decadimento dell intensit del segnale stesso La densit relativa m nel punto x regolata dalla BMUs Relativamente all ammontare complessivo dello stimolo P in quel punto le cellule adattano la densit ossea secondo
36. ale della barretta cilindrica In un caso pratico dove la barretta cilindrica rappresenta un campione di osso umano il test produrrebbe la seguente figura F Failure load F Yield load Force F Stiffness Deflection AL fig 2 8b dove si riconosce l esistenza di una regione lineare conosciuta anche come regione elastica seguita da una regione non lineare dove avviene lo snervamento yield del materiale e c un ri arrangiamento interno dell intera struttura Dopo lo snervamento la deformazione e di tipo non 5 Il comportamento elastico caratterizzato da 1 biunivocit della relazione tensione deformazione 2 assenza di fenomeni dissipativi ovvero un processo di carico scarico non induce deformazioni permanenti e o tensioni residue 3 assenza di dissipazione di energia il lavoro meccanico svolto durante il processo di carico viene immagazzinato sotto forma di energia elastica e totalmente restituito nella fase di scarico Da non confondere infine i concetti di lineare ed elastico l elasticit pu essere sia di tipo lineare che non lineare Nel caso particolare della barretta cilindrica o dell osso umano la regione elastica di tipo lineare 6 Improvviso cedimento della struttura interna di un materiale sottoposto a forti sollecitazioni di trazione 12 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling elastico finch non sopraggiunge la frattura
37. alling 2 5 4 Signalling modelli biologici della traduzione Per adattarsi ai carichi esterni sia dal punto di vista della massa che della struttura l osso deve possedere una sorta di capacit sensoriale del carico che insiste su di esso deve cio possedere delle strutture che potremmo raggruppare sotto il nome di meccanosensori Questa funzione di sensing potrebbe essere situata nella matrice ossea stessa oppure nelle cellule dell osso tuttavia ad oggi l ipotesi pi accreditata che questi meccanismi risiedano nelle cellule ossee Ora ci sono due tipi di cellule che risiedono permanentemente nell osso e sono gli osteociti e le cosiddette ining cells ovvero cellulare derivate da osteoblasti disattivati e che costituiscono il rivestimento dell osso Sappiamo come abbiamo gi detto precedentemente che gli osteoblasti ed osteoclasti sono attratti verso l osso dal midollo e sono responsabili rispettivamente della deposizione di nuovo tessuto e del suo riassorbimento In altre parole sono in grado di cambiare la massa e l architettura interna dell osso ma non possono certo essere i meccanosensori che danno il via a questi processi anche se entrambi sono attratti verso la superficie dell osso e sono attivi su questa Alcuni osteoblasti diventano osteociti una volta incapsulati nella matrice ossea che essi stessi producono Altri vanno a disporsi sulla superficie ossea come lining cell Gli osteociti sono quindi osteoblasti maturi c
38. andard package d Size in 0 78x 1 755 x 1 07 078x 175 x 1 07 078x 175 x 1 07 lt cm 1 98x 4 45 x2J2 198x445x2 72 198x445x 2 72 Weight 1 62 oz 46 gm 1 62 02 46 gm 1 62 oz 46 gm Aluminum package 2 Size in 0 95 x 2 00 120 095 x 2 00x 1 20 0 95 x 2 00 x 1 20 cm 2 41x5 08x3 05 241x 508x305 241x5 08x 3 05 Weight 2 40 oz 68 gm 240 oz 68 gm 240 oz 68 gm o Notes g 3dB DC coupled sensor S Sensitivity is ratiometric to supply Vout Vs 2 sensitivity x Vs 5 x accel Zero g Output is ratiometric to supply proportional to Vs 2 Non linearity is the deviation from a best fit straight line at full scale Transverse sensitivity is error measured in the primary axis output created by forces induced in the orthogonal axis Transverse sensitivity error is primarily due to the effects of misalignment Zero g drift is specified as the typical change in 0 g level from its initial value at 25 C to its worst case value at Tmin or Tmax Specifications subject to change without notice amp k d TOP VIEW 2 SIDEVIEW sr done 20 3 pin tr de avansatorILI miae LI Ordering Information Noise mg rms Bandwidth Hz Sensitivity mV g High Temperature Package CXLOALP1 CXLOALP 12 CXLOALP3 CXLT0LP1 CXLTOLP 12 CXLTOLP3 CXL25LP1 CXL25LP 12 CXL25LP3 OPTIO R Voltage Regulator 8 30 VDC input High Temperature Package see packa
39. apportare numerosi benefici alla salute della persona Lo scopo del tirocinio all interno dell azienda stato quello di L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling v raccogliere e selezionare testi di letteratura scientifica relativi agli effetti delle vibrazioni meccaniche sul corpo umano v Organizzare tali testi e altre informazioni in una documentazione organica e coerente al fine di ottenere un documento che possa essere utilizzato come validazione clinica v avvicinarsi alla certificazione di prodotto v studiare la macchina dal punto di vista hardware e software firmware partecipando attivamente allo sviluppo del prodotto Il presente documento svolge quindi una duplice funzione se da una parte sar parte integrante della certificazione del prodotto PHYSIOPLATE costituendone un requisito fondamentale e da cui non pu prescindere dall altra risulter come un prezioso strumento di know how per l azienda stessa la quale potr avere una comprensione pi profonda ed accurata dei meccanismi che stanno alla base degli effetti prodotti dall allenamento vibratorio 1 3 Struttura della relazione Come gi accennato precedentemente l allenamento vibratorio d ora in avanti AV induce nell organismo risposte adattive le quali producono numerosi benefici si a livello locale che sistemico e che verranno analizzati pi avanti Tuttavia si voluto focalizzare l attenzione sullo s
40. are rende possibile l azione degli enzimi litici lisosomiali che funzionano in ambiente acido Inversione nelle parti pi profonde della lacuna gli osteoclasti multinucleati vengono rimpiazzati da elementi mononucleati e successivamente compaiono pre osteoblasti che si trasformeranno nelle cellule mature ad attivit secretiva Formazione gli osteoblasti secernono nella cavit uno strato di matrice ossea tessuto osteoide che andr incontro progressivamente matrice ossea tessuto osteoide che andr incontro progressivamente di osteoide si verifica la deposizione di sali minerali che continua anche dopo la fine della formazione della matrice fig 2 13 Schematizzazione del processo di rimodellamento 25 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Di seguito un altra rappresentazione artistica del processo di rimodellamento OSTEOBLASTI ATTIVATI OSTEOBLASTI CLAS INATTIVI gt Inversione gt Neoformazione fig 2 14 Altra schematizzazione del processo Nell et adulta queste 5 fasi vengono a creare un cosiddetto equilibrio dinamico dove il tasso di deposizione di nuovo tessuto paragonabile a quello a quello di demolizione nella fase puberale e adolescienziale l equilibrio spostato verso la deposizione di nuovo tessuto per permettere la crescita dell individuo e infine nell anziano la fase demolitiva quella che prende il sopravvento
41. cal stress The mechanisms and mechanics of bone adaptation in Journal of Orthopedic Science 3 1998 pp 346 355 Boris Martinac Mechanosensitive on channels moleculs of mechanotransduction in Journal od Cell Science 117 2004 pp 2449 2460 Sergei Sukharev Andriy A Mechanosensitive channels what can we learn from simple model systems in TRENDS in Neurosciences vol 27 n 6 2004 pp 345 351 J Klein Nulend R G Bacabac et al Mechanobiology of bone tissue in Pathologie Biologie 53 2005 pp 576 580 Joseph A Spadaro Mechanical and Electrical Interactions in Bone Remodeling in Bioelectromagnetics 18 1997 pp 193 202 Kirsten C Moisio et al Dynamic loads are determinants of peak of bone mass in Journal of Orthopedic Research 22 2004 pp 339 345 81 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 L M Walker S J Publicover et al Calcium Channel Activation and Matrix Protein Upregulation in Bone Cells in Response to Mechanical Strain in Journal of Cellular Biochemistry 79 2000 pp 648 661 Ching Kung A possibily unifying principle for mechanosensation in Nature 436 2005 pp 647 654 Clinton Rubin et al Prevention of Postmenopausal Bone Loss by a Low Magnitude High Frequency Mechanical Stimuli A Clinical Trial
42. caniche elettriche idrauliche ambientali e operative della macchina allo scopo di evidenziare possibili fonti di rischio per l operatore e per la macchina stessa Dall analisi da farsi preferibilmente sul prototipo scaturisce un elenco di rischi esistenti che dovrebbero essere eliminati in sede progettuale Ove ci non sia possibile e il rischio si presenti tale anche sulla versione commercializzata dovranno essere citate tutte le contromisure che l operatore dovr adottare per le cautele del caso Tali informazioni identificate con il termine rischi residui dovranno essere riportate sul manuale di uso e manutenzione elenco delle norme e delle soluzioni alternative adottate per soddisfare i requisiti essenziali caratteristiche dei materiali utilizzati 73 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling documentazione del materiale da commercio e calcoli prove controlli e istruzioni per l uso Al contrario del Manuale d uso e manutenzione il FT un documento riservato quindi il cliente non puo servirsi della direttiva per richiederlo Deve essere archiviato presso il costruttore e non necessario che sia fisicamente assemblato In genere il Fascicolo Tecnico si suddivide in due parti A PARTE IMMEDIATAMENTE DISPONIBILE Questa prima parte contempla solo la documentazione indispensabile essenziale e di rapido allestimento per evidenziare il soddisfacimento dei req
43. dello come in definitiva l aumento del calcio intracellulare sia uno dei principali responsabili di questa traduzione da segnale meccanico a segnale biochimico rappresentando l anello di congiunzione tra le due diverse forme di energia Tuttavia lo stimolo meccanico percepito dalla membrana cellulare non ha come unica conseguenza quella dell attivazione delle proteine transmembrana e quindi l aumento della concentrazione di calcio citosolico ma ha anche un secondo effetto MEMBRANE ms GIFs Chromosome Loop Target Gene Target Gene MEMBRANE fig 2 19 Rappresentazione schematica dei collegamenti strutturali intercellulari 35 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Con riferimento alla fig 2 18 un ruolo parimenti importante nella cattura detection del segnale si stress meccanico dato anche da particolari proteine transmembrana che vanno sotto il nome di integrine La figura una rappresentazione schematica di come l interno del nucleo cellulare e in particolar modo del DNA siano intimamente collegati anche con l esterno della cellula attraverso queste proteine Questa sorta di scheletro consiste partendo dall esterno della cellula da proteine di collegamento che prendono il nome di integrine e che presenti nella membrana cellulare attraverso il doppio strato lipidico fungono da collegamento fisico tra la matrice extracellulare ECM e l interno della cellul
44. do che IR dove g 9 81m s 2 possiamo riscrivere l espressione dell accelerazione normalizzandola secondo g Dividendo ambo i membri quindi per g otteniamo un espressione dell accelerazione espressa in g che poi il parametro di riferimento di ogni pedana vibrante A max 4 Af S 50 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 3 2 Storia delle vibrazioni primi lavori scientifici riguardanti l utilizzo delle vibrazioni a scopo terapeutico sull uomo risalgono al 1949 quando Whedon et al 1949 riferirono degli effetti positivi ottenuti grazie all applicazione di vibrazioni generate da uno speciale letto oscillante sulle anormalit metaboliche di pazienti allettati in immobilizzazione gessata Un successivo studio sperimentale Hettinger 1956 dimostr come la somministrazione di vibrazioni di frequenza pari a 50 Hz e generanti un accelerazione pari a 10g fossero in grado di aumentare l area di sezione muscolare nonch di diminuire il tessuto adiposo all interno del muscolo stesso In campo prettamente terapeutico quasi quaranta anni pi tardi Schiessl brevett l utilizzo di un macchinario capace di generare oscillazioni di tipo rotazionale sempre nello stesso periodo Fritton et al 1997 misero a punto una macchina basata sulle oscillazioni di tipo traslatorio In entrambi i casi il campo applicativo di queste apparecchiature era quello di tentare d ottener
45. e una stimolazione sulla crescita ossea grazie a delle specifiche frequenze che potremmo definire con il termine di osteogeniche Un anno pi tardi i lavori sperimentali di Flieger et al 1998 dimostrarono come nell animale sottoposto a vibrazioni si registrasse un incremento nella proliferazione ossea Solamente alla fine degli anni 80 comparvero i primi studi riguardanti il possibile incremento delle capacit contrattili dei muscoli sottoposti a sollecitazioni di tipo vibratorio Nazarov e Spivak 1987 da allora le ricerche in questo specifico campo si sono fatte sempre maggiori ed esaustive 3 3 Efficacia dello stimolo ciclico intermittente Abbiamo visto nei paragrafi precedenti come il tessuto osseo risponda allo stimolo meccanico di deformazione proveniente dall esterno convertendolo successivamente in un segnale biologico e biochimico utile per indurre l attivazione del processo di rimodellamento E lecito ora chiedersi di quale natura debba essere questo stimolo meccanico questa deformazione se di tipo continuo o di tipo intermittente 5 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Il lavoro di Winter et al risponde a questo quesito almeno per quanto riguarda la risposta in vitro delle cellule osteoblastiche di ratto In sintesi lo studio di Winter pu essere decritto come segue due gruppi di cellule osteoblastiche di ratto sono state sottoposte ad una tensione d
46. e al fine di prevenire perdite d equilibrio che possano causare cadute durante la deambulazione sia la potenza muscolare ossia il prodotto tra la velocit e la forza muscolare sviluppata durante il movimento stesso Range et al 2000 La capacit della muscolatura degli arti inferiori nel generare potenza pu quindi a giusta ragione 55 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling essere considerato come il fattore cruciale nella prevenzione delle cadute nel soggetto anziano L incidenza delle fratture d anca dovuta alle cadute raggiunge infatti nella popolazione anziana cifre drammatiche dell ordine del 90 e questo senza considerare le cosiddette fratture d anca osteoporotiche Un fattore importante a questo proposito e che merita senza dubbio d essere citato costituito dal fatto che la forza generabile da un complesso muscolare comunque fortemente correlata allo sviluppo della massa ossea ed alla sua capacit di resistenza meccanica in conformit a quanto enunciato dal paradigma di Utah Frost et al 2002 Inoltre la situazione di precariet funzionale dovuta al deficit muscolare e capace di ingenerare un alto rischio d evento traumatico viene nel soggetto anziano ulteriormente aggravata nel caso di un sovraccarico ponderale Pinilla et a 1996 Dal momento che le fratture d anca costituiscono uno dei traumi pi tragici in grado d influenzare pesantement
47. e lacune e i canalicoli ossei costituiscono un sistema continuo di cavit ramificate all interno dell osso che permette gli scambi metabolici e gassosi tra il sangue che scorre nei vasi contenuti nel tessuto e le cellule lacuna ossea canalicoli ji lume del canale di Havers fig 2 6 Microfotografia di un osteone dove si distinguono molto bene le lacune e i canalicoli L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Riprendendo il grafico di fig 2 2 dalla composizione passiamo alla struttura dell osso Riassumendo abbiamo Parte fibrosa collagene A seconda della disposizione delle fibre di collagene abbiamo Tessuto fibroso Tessuto lamellare semplice osteonico fig 2 7 Struttura del tessuto osseo Come detto in precedenza la quasi totalit dell osso formata da tessuto lamellare il tessuto fibroso infatti il primo ad essere deposto sia durante lo sviluppo che nei processi riparativi e viene poi rapidamente riassorbito e rimpiazzato con tessuto osseo di tipo lamellare 2 3 Componente cellulare La componente cellulare del tessuto osseo caratterizzata essenzialmente da tre tipi di cellule gli osteoblasti che generano la matrice ossea gli osteociti che presiedono l attivit metabolica e gli osteoclasti che degenerano la matrice ossea Osteoblasti Gli osteoblasti
48. e le aspettative di vita del soggetto anziano oltre naturalmente al suo declino funzionale diviene imperativa nell ambito della medicina geriatrica la ricerca di tutta una serie di strategie atte alla prevenzione ed alla diminuzione di tale evento La prevenzione delle cadute quindi ricade esattamente in questo ambito dal momento che questa ultime come prima sottolineato costituiscono il principale fattore di rischio Mettere il soggetto anziano in condizione di poter prevenire un eventuale caduta dalla posizione eretta significa metterlo in grado di poter avere una rapida ed efficace risposta neuro muscolare che si adatti perfettamente alla perturbazione dell equilibrio subita Che le fratture d anca siano le pi frequenti quindi nella persona anziana non stupisce dal momento che come dimostrato nei paragrafi precedenti sull articolazione femorale dove la testa del femore si innesta nella cavit acetabolare del bacino insiste una forza pari a poco meno 3 volte il peso corporeo E evidente quindi come la capacit di resistenza meccanica dell articolazione femorale derivante dalla bont della sua struttura ossea interna sia fondamentale per sopportare tale stress Visti i risultati incoraggianti in vitro e in vivo su alcuni mammiferi la ricerca si progressivamente spostata verso lo studio dell efficacia delle vibrazioni ad alta frequenza e bassa ampiezza nei soggetti umani con particolare riguardo alle persone anziane e alle donne in
49. enti e dei momenti applicati devono essere nulle ovvero in forma scalare F 0 20 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Y 5 0 ML dove t indica il momento delle forza H e V rispettivamente la componente orizzontale e verticale della forza presa in esame Le componenti orizzontali delle forze sono quindi Fcos 70 Ry mentre quelle verticali sono Y F Fsin 70 R T W Per quanto riguarda l analisi dei momenti potremmo prendere qualsiasi punto come riferimento ma per comodit sceglieremo il punto dove la forza R esercitata dal bacino sulla testa del femore La sommatoria di tutti i momenti applicati risulta quindi 1 Fsin 70 7 us W11 Le precedenti equazioni sono state scritte utilizzando le componenti verticale ed orizzontale della forza R cio Ri e Ry La forza R risultante sar quindi in modulo R JR R Risolvendo le equazioni si ha che F 16W R 2 4W 21 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling mentre l angolo tan Ry Ry 0 23 rad 13 Conclusioni Dalla precedente analisi vediamo che l entit della forza R esercitata dal plesso pelvico sulla testa del femore molto elevata quasi due volte e mezza il peso della persona Anche la forza F esercitata sul trocantere dai muscoli abduttori notevole poco pi di una volta e mezza il pes
50. ery W S N 80458 Comment DXA Results Summary Region rea BMC BMD cm g cm Neck 5 18 4 19 0 810 103 x 112 NECK 48 x 15 Troch 13 81 8 78 0 636 Inter 18 58 2442 1314 Total 37 56 3740 0 995 Ward s 130 0 84 0 648 Total BMD CV 1 0 WHO Classification Normal Fracture Risk Not Increased BMD Physician s Comment T score vs White Female Z score vs White Female Source NHANES HOLOGIC AZIENDA ULSS 7 OSPEDALE DI VITTORIO VENETO Unita Operativa di Medicina Generale Dirigente Medico di li livello Dr Segreteria Telefono AMBULATORIO PER L OSTEOPOROSI Vittorio Veneto 13 maggio 2011 Al Sig ra Nata il 13 06 1941 e stato effettuato in data odierna l esame Densitometria ossea con tecnica DEXA Egr Collega sulla base dei dati ottenuti dall allegato esame densitometrico la densita minerale ossea della Paziente mostra un quadro normale Si precisa che il T Score confronta il paz con la media dei soggetti giovani adulti Lo Z Score confronta il paz con la media dei soggetti di pari eta Un T Score fra 1 1 e 2 4 e indicativo di osteopenia Un T Score di 2 5 o inferiore e indicativo di osteoporosi Distinti saluti N B Si prega di portare il seguente referto in occasione di controlli successivi APPENDICE B CXL LP Series GENERAL PURPOSE ACCELEROMETER v High Performance 1 Axis and 3 Axis Accelerometers v Small Low Cost v Reliable Packaging w
51. essuto mentre Weinbaum et al hanno proposto che in vivo le deformazioni indotte dallo stress meccanico nella matrice ossea calcificata fossero in qualche modo rivelate dagli osteociti attraverso piccole tensioni di taglio shear forces indotte dal fluido intercellulare Electric field SPE fig 2 15 Le varie tipologie di forze cui sottoposto una cellula ossea nell ambiente cellulare Nella figura 2 15 sono schematizzate tutte le forze agenti su una cellula ossea abbiamo il carico esterno sullo scheletro che causa una deformazione del substrato cui si appoggia la cellula trasmettendola alla stessa strain forze di pressione dovute all ambiente interstiziale pressure forze di taglio superficiale shear dovute al passaggio del liquido canaliculare e piccoli campi elettrici electric field dovuti al fenomeno della piezoelettricit causata dal liquido interstiziale che passa sfiorando per cos dire cristalli minerali ossei non elettricamente neutri 30 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Delle quattro forze in gioco appena descritte si ritiene che il fenomeno piezoelettrico sia molto marginale e che non apporti un contributo significativo se non addirittura nullo come evento di trigger In particolare Klein Nulend et al hanno studiato gli effetti di flussi pulsanti di liquido intercellulare e fenomeni intermittenti di pressione idrostatica sia su osteocit
52. etrico nell infanzia e nell adolescenza un eccesso in epoca giovanile determina gigantismo un difetto nanismo mentre in et adulta causa acromegalia allargamento osseo evidente soprattutto agli arti e al volto IGF 1 e IGF 2 Fattori di crescita che insieme all insulina ed in sinergia con il GH aumentano la densit ossea e l accrescimento della statura PROLATTINA La prolattina PRL un ormone secreto dall ipofisi anteriore che ha come organo bersaglio la mammella Si tratta quindi di un ormone tipicamente femminile che in epoca puberale interviene insieme agli estrogeni allo sviluppo del seno Effetto sul metabolismo osseo Aumenta la sintesi di vitamina D attiva favorendo l assorbimento intestinale di calcio ed aumentando cos la quota di minerale a disposizione per la produzione di latte GLUCOCORTICOIDI corticosteroidi detti anche ormoni corticosurrenalici o corticoidi sono un gruppo di ormoni steroidei sintetizzati nella corteccia del surrene Effetto sul metabolismo osseo distruggono la matrice ossea inducendo osteopenia VITAMINA D Infine anche se non propriamente un ormone la vitamina D comunque fondamentale perch favorisce la deposizione di calcio e fosfato nelle regioni cartilaginee Dopo essere stata attivata a livello epatico e renale aumenta l assorbimento di calcio e fosforo a livello intestinale 28 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di sign
53. evEZnes fig 3 6 Cambiamenti dopo 24 settimane di allenamento nell indice BMD femorale Between group WBV CON difference group group Mean p Value Isometric strength 715 10 2 49 17 59 0 001 Isotonic strength 1647 2 23 14 24 lt 0 001 Total hip BMD 0 93 0 62 1 55 0 005 Total body BMD 0 44 0 28 0 72 0 24 Muscle mass 0 08 12 1 12 0 57 Fat mass 23 0 5 2 8 0 09 Between group WBV RES difference group group Mean p Value Isometric strength T 15 10 16 49 1 39 0 99 Isotonic strength 16 47 10 59 5 88 0 54 Total hip BMD 0 44 0 14 0 30 0 01 Total body BMD 0 93 0 51 1 44 0 99 Muscle mass 0 08 0 06 0 14 0 99 Fat mass 2 3 3 1 0 66 0 99 Between group RES CON difference group group Mean p Value Isometric strength 16 49 2 49 18 98 lt 0 001 Isotonic strength 10 59 2 23 8 36 0 05 Total hip BMD 0 14 0 28 0 42 0 99 Total body BMD 0 51 0 62 0 11 0 99 Muscle mass 0 06 12 1 26 0 37 Fat mass 3 1 0 5 3 60 0 01 tabella 3 2 Tabella di cambiamenti medi 96 e differenze tra i vari gruppi presi due a due 11 Nella seconda tabella si osserva un errore gli indici di Total hip BMD e Total body BMD sono invertiti 60 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Conclusioni Un numero sempre maggiore di studi dimostra che la sopportazione di un carico rappresenta un fattore cruciale sull influenza che ha sulla massa osse
54. ge drawing above Document Part Number 6020 0001 02 Rev A APPENDICE C A GLOBUS PHYSIOPLATE GOLD 232 PROGRAMMI CARATTERISTICHE PRINCIPALI rapida selezione del menu grazie allo schermo grafico touch screen personal trainer un prezioso aiuto per la scelta dei numerosi protocolli pre inseriti in funzione degli obiettivi e della parte del corpo da trattare ampio libreria di esercizi per il benessere e la forma di tutto il corpo visualizzazione delle posizioni da mantenere durante i trattamenti direttamente sul display programmazione libera possibilit di programmare nuovi protocolli ipostando liberamente tutti i parametri frequenza ampiezza numero di cicli tempo di lavoro e tempo di riposo possibilit di variare durante il lavoro la frequenza il tempo di lavoro e il tempo di riposo KIT PHYSIOKEY Physiokey una piccola chiave hardware che permette due funzioni fondamentali CARATTERISTICHE TECNICHE Tipo vibrazione verticale Range frequenza 15 70 Hz con variazione di 1 Hz Range vibrazione mm 2 e 4 Motore 2 x AC 200 W PHYSIOPLATE GOLD la pedana vibrante ideale per i trattamenti sportivi e la Voltaggio 230 V riabilitazione ma trova anche un buonissimo impiego in trattamenti di fitness e di estetica Potenza 18 6 Contiene infatti protocolli pre inseriti di Propriocezione Sport Fitness e Bellezza programmazione di esercizi e protocolli personalizzati per mez
55. he quest ultimo abbia attraversato un periodo di malattia acuta L indipendenza funzionale in questi casi costituisce il fattore cruciale in grado di determinare la qualita ed il tipo d intervento anche perch il concetto stesso d indipendenza funzionale fortemente condizionato dalle aspettative di qualit di vita da parte del soggetto A questo proposito importante sottolineare come alcuni studi sottolineino la differenza intercorrente tra l aspettativa di vita espressa in termini di longevit della popolazione femminile e l aspettativa formulata in termini d efficienza fisica da parte della stessa Infatti se da una parte ben nota l alta aspettativa di vita della popolazione femminile in termini d et appare quanto meno controverso e problematico il fatto che per ci che riguarda l aspettativa d efficienza fisica la popolazione maschile raggiunga livelli decisamente superiori Runge et al 2000 Questa sproporzionalit tra longevit ed efficienza funzionale nella popolazione femminile stata spesso definita con il termine di paradosso gerontologico Il fattore chiave nella determinazione della funzionalit dell apparato locomotore in et geriatrica costituito dalla funzionalit muscolare degli arti inferiori seguito dalla mobilit muscolo articolare dalla biomeccanica del cammino e dall equilibrio statico e dinamico Guralnick et al 1995 Tuttavia alcuni Autori suggeriscono come il fattore crucial
56. i 1000 microstrains alla frequenza di 1 Hz tramite un dispositivo costruito ad hoc capace di esercitare uno stress ciclico e uniassiale il primo gruppo ha subito questo ciclo di tensione in maniera continuativa per 60 minuti il secondo gruppo invece ha alternato 15 minuti di lavoro con 15 minuti di riposo per un totale sempre di 60 minuti Dopo questo periodo di lavoro i due gruppi di cellule sono stati incubati e analizzati dopo 4 8 16 e 24 giorni al fine di valutare quantitativamente tra le altre cose il contenuto di DNA e di Calcio Con riferimento alle figure 3 3 e 3 4 le colonne in nero rappresentano le cellule sottoposte a carico continuo in grigio le cellule sottoposte a carico intermittente ciclo lavoro riposo e in bianco il consueto gruppo di controllo 9000 lt 6000 gt o o c 3000 0 4 8 Time days fig 3 3 Contenuto di DNA misurato ai giorni 4 e 8 52 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 180 150 120 90 microgram mi 8 16 24 Time days fig 3 4 Contenuto di Ca misurato ai giorni 8 16 e 24 Come si vede chiaramente dai grafici sopra riportati le cellule sottoposte a stress di tipo intermittente hanno dimostrato una maggior risposta allo stimolo aumentando in maniera sensibile sia i livelli di calcio intracellulare che di DNA a riprova che in queste cellule si e verificata una maggior espressione genica In conc
57. i Havers nel quale contenuto un vaso sanguigno Un gruppo di 8 10 lamelle centrate intorno ala canale di Havers costituisce l unit fondamentale del tessuto lamellare funzionalmente indipendente dalle unit circostanti e denominata osteone Gli osteoni si associano normalmente tra loro formando lunghe strutture cilindriche il cui asse longitudinale tende a disporsi parallelamente alle linee di forza cui l osso soggetto figg 2 4 2 5 Sistema circonferenziale interno esterno lamelle ossee lacuna ossea canale di vascolare fig 2 4 Struttura dell osso ricostruzione tridimensionale di una porzione di osso compatto della diafisi di un osso lungo 4 Nelle ossa lunghe es il femore si riconoscono una parte centrale cilindrica allungata detta diafisi e due estremit allargate dette epifisi L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling fig 2 5 Fotografie al microscopio ottico del tessuto lamellare osteonico si distinguono chiaramente le strutture circolari ovvero le lamelle centrate intorno al canale di Havers Il quadro strutturale dell osso completato dalle cosiddette lacune ossee piccole cavit della matrice minerale che contengono gli osteociti Dalle lacune ossee si diramano in tutte le direzioni i canalicoli ossei che mettono in comunicazione le lacune vicine appartenenti sia alla stessa lamella che alle lamelle contigue figg 2 4 2 6 L
58. i della matrice mediante l azione degli osteoclasti Il fenomeno del rimodellamento osseo verr analizzato a parte e con maggior dettaglio pi avanti 2 4 Biomeccanica dell osso Lo scopo di questo paragrafo e dei seguenti quello di mettere in evidenza gli aspetti meccanici del tessuto osseo e di dare una giustificazione teorica pratica dell elevato numero di fratture che si verificano in et senile soprattutto a carico del sesso femminile Dopo aver trattato le differenze tra il tessuto corticale e quello trabecolare e aver messo in correlazione le propriet strutturali dell osso con fattori quali la densit ossea il sesso e l et verr proposta un analisi matematica del carico cui soggetto un femore umano durante la normale condizione di deambulazione al fine di mostrare come il nostro tessuto osseo debba sopportare quotidianamente e senza sosta tensioni e carichi di notevole entit 10 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 2 4 1 Aspetti generali Quando delle forze esterne sono applicate ad un qualsiasi oggetto solido questo oggetto si deforma e le sue dimensioni cambiano rispetto a quando era in riposo Nello stesso tempo all interno dell oggetto si sviluppano delle forze Il cambiamento relativo di dimensioni in un certo punto viene detto deformazione e l intensit delle forze interne forza area tensione Quando un osso soggetto a forze esterne ques
59. i isolati che su osteoblasti e fibroblasti periostali A B Do SSL RIOR N one SS x A OS ESOS 4 ERROR RRA LASSSSNSSSSSASSIAA yj s 9 fig 2 16 Schema di forze di compressione agenti sulla matrice minerale MM che influenzano lo scorrere dei liquidi interstiziali canaliculari coinvolgendo cos le membrane cellulare degli osteociti OCY In figura LC sono le lining cells Flussi pulsanti di liquido hanno causato fig 2 16 un aumento della produzione di prostaglandina E2 all interno degli osteociti mentre osteoblasti e i fibroblasti periostali non hanno reagito a questo evento Gli effetti di una pressione idrostatica si sono rivelati meno pronunciati questa volta sia osteociti che osteoblasti hanno reagito all evento anche se la produzione di prostaglandina E2 PGE2 risultata essere di molto inferiore rispetto all applicazione di fluidi pulsanti 9 La prostaglandina E2 un importante molecola che funge da segnale biochimico proprio come un ormone pur non essendolo Oltre ad essere presente e ad avere azione anche in altri distretti svolge un ruolo fondamentale di signalling anche nel tessuto osseo 31 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Si conclude quindi che gli osteociti siano all interno del tessuto osseo le cellule pi sensibili e responsive reagendo in modo molto marcato a campi pulsanti di fluido interstiziale canaliculare
60. i tipo ingegneristico Problemi di questo genere sono problemi matematici in cui una o pi variabili indipendenti devono soddisfare una o pi equazioni differenziali L idea di fondo semplificando la questione quella di trattare un materiale continuo come composto da un numero finito di elementi Ovviamente maggiori saranno gli elementi approssimanti leggi elementi pi piccoli maggiormente ci si avviciner alla natura continua del materiale e alla bont dei risultati ottenuti 19 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Person of Weight W Standing is on One Leg Force of Socket of Pelvis on Femur wo wov wv wv ow v WL Weight of Leg W 7 gt N Normal Force of Floor on the Foot W 41cm y fig 2 11 Schema delle forze in gioco durante la deambulazione e La persona ha un peso W e La forza normale N agente sul piede in modulo uguale W dal momento che essa la reazione vincolare del pavimento al peso del corpo stesso e F laforza agente dai muscoli abduttori sulla testa del femore e rilievi sperimentali hanno dimostrato che agisce con un angolo di 70 rispetto all orizzontale e WL il peso della gamba che normalmente circa 1 7 del peso della persona e R laforza agente dalla cavit acetabolare del bacino sulla testa del femore Dal momento che tutto il sistema in equilibrio le sommatorie di tutte le forze ag
61. ialit della vibrazione che come capacit di fornire un adeguata accelerazione grafici ricavati dai dati accelerometrici entreranno a far parte di buon diritto nella documentazione del Fascicolo Tecnico di prodotto e aiuteranno la Direzione Commerciale nella presentazione del prodotto ai clienti 79 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling BIBLIOGRAFIA 10 11 12 Pavalko Suzanne M et al A Model for Mechanotransaction in Bonce Cells The Load Bearing Mechanosomes in Journal of Cellular Biochemistry 88 2003 pp 104 112 Osbjorn M Pearson Daniel E L The Aging of Wolff s Law Ontogeny and Responses to Mechanical Loading in Cortical Bone in Yearbook pf physical anthropology 99 2004 pp 47 63 Jameel Iqbal Mone Z Molecular regulation of mechanotransduction in Biochemical and Biophysical Research Communications 328 2005 pp 751 755 Paul Blount Molecular Mechanisms of Mechanosensation Big Lessons from Small Cells in Neuron 37 2003 pp 731 734 G Andrew W Tyler L Modeling ion channel regulation in Current Opinion in Chemical Biology 7 2003 pp 710 714 Xiang Wang Glen L N Microdamage propagation in trabecular bone due to changes in loading mode in Journal of Biomechanics 39 2006 pp 781 790 Charles H Turner Fredrick M P Mechanotransduction and functional response of the skeleton to physi
62. ibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Con riferimento alla fig 2 18 vediamo molto schematicamente quali sono i meccanismi di questa traduzione di segnale proposti nel lavoro Pavalko et al La deformazione indotta dal carico della membrana della cellula ossea causa l apertura del canale SA CAT Stretch Activated CATion Channel ovvero un canale transmembrana la cui apertura legata alla sua deformazione L apertura di questo canale ha come immediata conseguenza il rilascio di calcio citosolico Ca2 attraverso sia un rilascio di scorte interne alla cellula stessa che un ingresso attraverso il canale SA CAT stesso e o un altra particolare proteina canale transmembrana questa volta pi specifica per il calcio che va sotto il nome di VSCC Voltage Sensitive Calcium Channel ovvero un canale di passaggio specifico per gli ioni calcio attivato da una d d p differenza di potenziale Questa mobilitazione di ioni Ca2 d origine ad una serie di reazioni a cascata di vari tipi di chinasi che convertono queste forze meccaniche di deformazione in un segnale biochimico dando origine a particolari formazioni proteiche chiamate meccanosomi intimamente legate sia al citoscheletro che allo scheletro nucleare e che attraverso il cambiamento della loro configurazione spaziale e processi di fosforilazione riescono a produrre alterazioni nella geometria del DNA nucleare mediando cos la formazione e o mobili
63. ica 62 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 4 La pedana GLOBUS PHYSIOPLATE Negli ultimi anni in virt dei recenti sviluppi del mercato e della sempre pi crescente letteratura in materia l azienda GLOBUS ITALIA SRL leader nel settore della produzione e distribuzione di apparecchi elettromedicali e di valutazione sportiva ha pensato di sviluppare una pedana vibrante che potesse rispondere a questa nuova domanda proveniente sia dagli ambienti sportivi che da quelli medico riabilitativi La ricerca di un design nello stesso tempo accattivante e funzionale unita alla semplicit d uso grazie all impiego delle pi moderne tecnologie per l interfaccia utente ha reso possibile lo sviluppo della piattaforma vibrante conosciuta col nome commerciale di PHYSIOPLATE Lo scopo del tirocinio formativo una volta inserito nell ufficio Ricerca e Sviluppo dell azienda stato quello di prendere parte allo sviluppo della macchina inteso nel suo senso pi ampio Nella fattispecie sono stato reso responsabile nel seguire i seguenti aspetti Sviluppo firmware software della pedana coordinando le varie figure aziendali ed extra aziendali terzisti fornitori e contribuendo alla stesura e o miglioramento dell interfaccia utente firmware e software Stesura di alcune parti del Fascicolo Tecnico del prodotto quali la redazione del manuale tecnico di uso e di servizio e il supporto
64. icrofratture e che queste microfratture si presentino in maniera del tutto casuale sia temporalmente che spazialmente in modo tale che il riassorbimento osseo determinato secondo dm Xt __ dove rcl mm 3 giorno rappresenta una funziona stocastica D altro canto l attivit osteoblastica controllata da un segnale P mol mm 2 giorno 1 prodotto dagli osteociti che regola la formazione di nuovo tessuto Se lo stimolo supera una certa soglia di valore Kr mol mm 2 giorno 1 si assume che ci sia effettivamente la deposizione di nuovo tessuto secondo x t _ T P x t 6 dove mm 5 mol 1 un fattore di proporzionalit che regola la velocit di formazione Lo stimolo di formazione P nella locazione X determinato da tutti gli N osteociti all interno della regione d influenza il segnale R J mm 3 s 1 rilevato da ciascun osteocita i con un coefficiente di meccanosensitivit ui mol mm J 1 s giorno 1 e posizione Xi secondo N 7 P x 1 Y A x x ROO 1 dove f x determina il decadimento dell intensit del segnale secondo la Eq 1 39 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 2 6 L osteoporosi L osteoporosi e una malattia sistemica dell apparato scheletrico caratterizzata da una bassa densit minerale ossea e da un deterioramento della microarchitettura del tessuto osseo Esistono varie forme di osteoporosi che
65. io utilizzato stato il C starter ZDS e280Acclaim key_rw Ele Edit Project Buld Tools Window Help e ex 8 ma reese lee pe zd d ano lal SCR Postura c E Project Files Applic h C Firmware source 16 C Firmware source FlashDisk c C Firmware sout key c C Firmware source Dq key rw c C SFirmware sourcel main c C Firmware source D MyUART c C Firmware sauri tte c C Firmware source D oq SCR_Calc c C Firmwaresso SCR Exec 2 c C Firmware SCR Free c C Firmware sor SCR ibProgs c C AFirmware SCR ibProgs h C Firmware SCR Libreria c C Firmware g SCR Main c C Firmware sor SCR Messaggic C Firmwarq SCR Postura c C Firmware SCR Sell C C AFimware so1 SCR Sel2 c C Firmware sor SCR Sel3 c C Firmware sor SCR Sel4 c C Firmware sot SCR Sel5 c C Firmware sor SCR Sel amp c C AFirmwareNso SCR Select C NFirm SCR Select Prog c C Firm SCR Setup c C Firmware sq SCR Startup c C Firmware g SCR Textc C Firmware sor Selezione PT c C AFirmware SPl c C Firmware source Dq Stringhe c C FirmwareAsourc Timer BN ASM c C Firmwar VRam c C Firmware source zsldevinit asm C3 Extemal Dependencies C3 Web Files int OW_ReadLine void int OW_Reset byte enInt void OW_WriteBit int bit byte enInt int 0W ReadBit byte enInt Applic H void 00 WriteByte int data byte byte e
66. ionale al numero di immagini presenti Con la nuova interfaccia invece anche nel caso peggiore sono necessari al pi 2 tocchi per poter effettuare la scelta e proseguire nella navigazione Il beneficio apportato dalla nuova interfaccia grafica utente quindi reale e migliora considerevolmente l usabilit della stessa Di seguito due immagini che mostrano rispettivamente un particolare del processo di programmazione del display e del software per programmare la libreria delle immagini Si considerano 2 tocchi poich si deve commutare prima sulla seconda figura e poi scegliere la parte del corpo 69 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Programmazione YiPOS ver 1 2 0 NEC yO 4 Co E N gt Io 4a fig 4 7 Particolare della programmazione del display Max Parti del Corpo y 18 Stringa ITALIANO Max Posture y 100 PHYSIO PLATE Programmi y 30 PROPRIOCETTIVO Contrasto y 80 Son TLavoro y 60 FITNESS EE 2 Frequenza 25 area 7 A 3 low area 8 area 9 area 10 Dati a Bordo Scheda P Drologio Lingua 2712111182452 4 ScreenCalc bmp Cfg a Bordo Scheda Cfg Modulo SD Lingua Default 3 1 Abilita Scadenza Attesa Fine Cico Sfo 74 Gen 7305 Blocco Programmi Comandi HEROS 3 Normale Abilita Password Password Messaggio Benvenuto PhysioPlate Crea Parte Cor
67. ircondati da osso calcificato Essi sono distribuiti in maniera omogenea all interno della matrice ossea e sono connessi gli uni agli altri e alle lining cell tramiti una fitta rete di canalicoli come spiegato gi in precedenza Attraverso questa rete canaliculare i nutrienti ma anche altri prodotti biochimici possono essere trasportati dalle lining cell agli osteociti e viceversa Con queste particolari propriet geometriche gli osteociti sembrano essere i migliori candidati per servire come da meccanosensori per l osso Molti sono gli esperimenti e le teorie che nelle ultime decadi sono state avanzate e sviluppate per cercare di verificare questa ipotesi 29 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling La deformazione meccanica dovuta alle tensioni di sforzo che interessano l apparato scheletrico sicuramente il principale attore nel processo di rimodellamento osseo ma gli intimi meccanismi per cui il tessuto stesso rileva queste tensioni e deformazioni e come queste poi a cascata inneschino risposte sia di tipo metabolico che catabolico non sono ancora del tutto chiari e solo parzialmente sono stati capiti Lo stress meccanico come segnale vettore di trigger Skerry et al hanno registrato in vivo un aumento dell attivit enzimatica degli osteociti in seguito all applicazione di un carico sull osso e l aumento dell attivit era proporzionale all ampiezza della deformazione del t
68. it 2 2 Composizione macrostruttura e microarchitettura Il tessuto osseo formato da cellule caratteristiche chiamate osteociti e da una matrice extracellulare composta sia da una parte organica in cui a sua volta si distingue una parte fibrosa ed una parte amorfa che da una parte inorganica Questa parte inorganica rappresenta la parte minerale dell osso quella che conferisce rigidit e durezza al tessuto e consiste essenzialmente di cristalli aghiformi di idrossiapatite Caxo PO4 e OH 3 Capacit di un organismo di mantenere costanti le condizioni chimico fisiche interne anche al variare delle condizioni ambientali esterne E un concetto dinamico di ricerca continua del miglior equilibrio possibile tra prestazioni e stabilit dell organismo L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Cellule osteociti Parte fibrosa collagene Matrice Tessuto osseo organica Parte amorfa eteropolissacaridi Matrice extracellulare Matrice Cristalli aghiformi di idrossiapatite inorganica 70 in peso dell osso fig 2 2 Composizione del tessuto osseo Come messo in evidenza dalla fig 2 2 l idrossiapatite rappresenta ben il 70 del peso totale dell osso Altri costituenti della matrice minerale sono il fosfato di calcio carbona
69. ith Screw Down Mounting v Factory Calibrated Applications v Automotive Testing Y Instrumentation LP Series v Equipment Monitorin The LP Series accelerometers are circuitry will track each other if quip g 2 low cost general purpose linear the supply voltage varies Alter 3 acceleration and or vibration sen natively by specifying the R 2 sors available in ranges of 49 option an unregulated 8 30 V 10g and 25g power supply can be used o 4 Common applications are auto The LP Series sensors provide a motive testing instrumentation direct high level analog voltage and equipment monitoring The output The output requires no LP Series sensing element is external signal conditioning ele silicon micro machined capacitive ethan cs and may be directly beam The capacitive beam is interfaced to an A D or other held in force balance for full data acquisition hardware Standard Package scale non linearity of less than 4 03 0 2 Compared to traditional piezo SS electric and piezoresistive acc SIDE VIEW The LP Series offers wide dy elerometer technologies the silicon micro machined sensors e namic range has excellent fre 1008 URN Response paria Ons offer equivalent performance at single 5 VDC power supply and a significantly lower cost 1 750 5 easy to interface to standard The LP Series is offered with a data acquisition systems The andard 5 pin female connector sca
70. kes R Osteocytes and bone lining cells which are the best candidates for mechano sensors in cancellous bone in Bone 20 1997 pp 527 532 Mullender MG Huiskes R et al A physiological approach to the stimulation of bone remodeling as a self orgnaizational control process in Journal of Biomechanics 27 1994 pp 1389 1394 Mullender MG et al Osteocytes density changes in aging and osteoporosis in Bone 18 1996 pp 109 113 Bisciotti Gian Nicola PhD Aspetti neurofisiologici ed applicativi dell allenamento vibratorio Pienkowski D Pollack SR The origin of stress generated potentials in fluid saturated bone in Journal of Orthopedic Research 1 1983 pp 30 41 Reilly DT Burstein AH The mechanical properties of cortical bone in The Journal of Bone and Joint Surgery 56 1974 pp 1001 1022 Weinbamu S et al A model for the excitation of osteocytes by mechanical loading induced bone fluid shear stresses in Journal of Biomechanics 27 1994 pp 339 360 83 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 39 You L Cowin SC et al A model for strain amplification in the actin cytoskeleton of osteocyte due due to fluid drag on peericellular matrix in Journal of Biomechanics 34 2001 pp 1375 1386 40 Rubin CT Lanyon LE Regulation of bone formation by applied dynamic loads in The Journal of Bone and Joint Surgery 66 1984 pp 3
71. le factor and the O g output he highly flexible low mass evel are both ratiometric to the cable prevents disruption of the power supply hence the acceler measurement ometer and any following 4 TOP VIEW 107 0 188 5 pin female connector 0 1 space raona 44321 Fe Document Part Number 6020 0001 02 Rev crossbow technology inc vw 4145 n first street san jose ca 95134 2109 CXLO4LP1 CXLO4LP1Z CXLOALP3 XL10LP1 LIOLPIZ L10LP3 CXL25LP1 CXL25LP1Z CXL25LP3 Remarks Performance Input Range 4 10 25 5 Zero g Drift 9 02 05 05 orc 070 Sensitivity mwa 500 25 200 10 80 4 Transverse Sensitivity 96 Span 5 5 5 Non Linearity 96 FS 02 02 02 typical Alignment Error deg 2 2 2 typical Noise mg rms 10 10 10 typical Bandwidth Hz DC 100 DC 100 DC 100 Environment Operating Temp Range C _ 40 to 85 40 to 85 40 to 85 Function Shock 9 2000 2000 2000 Power In Electrical Ground Supply Voltage Volts 50 50 50 X axis Out Supply Voltage R option VDC 8 0 to 30 80 to 30 8 0 to 30 Y axis Out Supply Current mA 5 axis 5 axis 5 axis typical Z axis Qut Zero g Output Volts 25 01 25 01 25 01 25 C Pin Diagram Span Output volts 20 01 2 0 0 1 20 01 Output Loading 10ko 1nF 10ko 1nF 10kO 1nF Physical St
72. leta di prodotti di valutazione motoria di apparecchiature per l elettrostimolazione ed elettromedicali di assoluto valore tecnico e scientifico Per raggiungere questi obiettivi ha creato fin dal 1983 un proprio Centro di Ricerca CRG per avere un importante supporto scientifico e per ideare soluzioni moderne con tecnologie innovative Le esperienze condotte in questi anni hanno portato i ricercatori CRG a studiare in modo approfondito le problematiche dell elettrostimolazione in ambito medico riabilitativo sportivo ed estetico nel pi assoluto rispetto della fisiologia del corpo umano e della sicurezza di trattamento La GLOBUS particolarmente orgogliosa del lavoro svolto e delle numerose collaborazioni esistenti con Universit ed Istituti di Ricerca di tutto il mondo ci rappresenta non solo un riconoscimento del valore scientifico dell attivit ma soprattutto uno forte stimolo a continuare in questa direzione 1 2 Scopo del tirocinio Negli anni che vanno dal 2004 al 20010 la GLOBUS ITALIA SRL ha sviluppato un nuovo prodotto che si differenzia notevolmente da quelli commercializzati finora per quanto riguarda la tipologia di trattamento applicata al soggetto Tale prodotto sotto il nome commerciale di PHYSIOPLATE una pedana vibrante interamente progettata e sviluppata dall azienda basata sull idea che vibrazioni meccaniche di una certa ampiezza e frequenza applicate in precise zone del corpo possono essere in grado di
73. llenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling noti come il modulo longitudinale superi di ben il 50 quello trasversale Le propriet dell osso corticale subiscono inoltre un declino con l avanzare dell et fig 2 10 Considerando un intervallo di et compreso tra 20 e 90 anni vediamo come sia la tensione di snervamento che il modulo elastico diminuiscano del 2 circa ogni decade esponendo la persona a maggiori rischi di frattura 175 150 125 100 Yield Stress MPa Elastic Modulus GPa 75 15 3525 35 451 55 65 5 85 95 Age years fig 2 10 Le propriet dell osso in funzione dell et Tessuto osseo trabecolare Le propriet meccaniche del tessuto osseo trabecolare sono di pi difficile investigazione rispetto allo studio dell osso corticale Ci dovuto sia alle dimensioni relativamente piccole delle trabecole che alla loro forma irregolare queste particolarit rendono praticamente impossibile l impiego di test ingegneristici standard per stabilire le propriet meccaniche del tessuto 18 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling E necessario quindi ricorrere a tecniche alternative L analisi ad elementi finiti FEA in congiunzione con la tecnica ad ultrasuoni ha dato esiti molto attendibili e sorprendenti negli ultimi anni con un buon margine d errore si pu affermare infatti che i valori di te
74. lusione quindi le cellule del tessuto osseo almeno in vitro non solo rispondono ad un carico di tipo ciclico ma la risposta addirittura maggiore se questo stimolo ciclico di tipo intermittente uno stimolo cio che alterna periodi di lavoro con periodi di riposo In vivo Se da una parte il lavoro di Winter et al ha dimostrato la correlazione tra carichi di lavoro riposo ciclici vibrazioni e aumento della risposta cellulare ossea in vitro i lavori di Rubin et al hanno indagato questo legame dal punto di vista macroscopico in vivo in particolar modo su un gruppo di mammiferi ovini come le pecore Recenti studi hanno infatti suggerito come vibrazioni meccaniche ad alta frequenza e bassa ampiezza siano funzionali non solo al mantenimento della struttura ossea ma anche all incremento della massa ossea stessa aumentandone quindi non solo la qualit ma anche la quantit 53 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling La figura 3 5 mostra attraverso la giustapposizione di due microfotografie a fluorescenza quanto appena esposto Come accennato precedentemente il soggetto in questo caso particolare e un adulto di pecora fig 3 5 Sezioni trasversali di femori di pecora adulta a sn il gruppo di controllo Queste due fotografie rappresentano la sezione trasversale di un femore di pecora adulta 8 anni e mettono in correlazione l animale di controllo a sinistra con
75. mande che sorgono sono quindi le seguenti come sono controllate le azioni separate di queste due cellule Come viene gestito il loro reciproco interfacciamento e come tutto ci va ad influire il mantenimento dell equilibrio dinamico nell osso In questo senso utile dunque pensare ad un modello dove le attivit delle due cellule siano prese in considerazione separatamente Come nel precedente modello di Mullender et al anche qui si assume che gli osteociti si comportino come sensori del segnale meccanico e che in risposta generino segnali verso la superficie dell osso andando a stimolare l attivit osteoblastica di neoformazione ossea D altra parte il riassorbimento del tessuto osseo viene descritto come una funzione separata degli osteoclasti stimolata ed iniziata triggered da microfratture o microtraumi nella matrice ossea 38 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling che portano un conseguente decremento nella presenza del signalling prodotto dagli osteociti L adattamento del tessuto in una specifica locazione x supposto essere il risultato sia del riassorbimento osteoclastico che dalla formazione di nuovo tessuto da parte degli osteoblasti da cui x t 2 2 0 om x t dt dt dt 4 Cid che esattamente fa scattare il riassorbimento non dato sapere In questo modello si assume che gli osteoclasti siano attratti verso la superficie dell osso da m
76. mediata senza dover ricorrere a sviluppare hardware ad hoc per lo scopo e effettuare una completa e precisa serie di misure di accelerazione sui vari modelli di pedana presi a campione e con riferimento ad una stessa pedana provare i vari livelli di accelerazione variando i parametri di funzionamento della macchina quali frequenza e ampiezza 13 La pedana vibrante GLOBUS PHYSIOPLATE dispone di due ampiezze di vibrazione LOW 2 o HIGH 4mm 76 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Alla fine la scelta del dispositivo di acquisizione dati e ricaduta sul seguente modello CrossBow Technoloy modello CXL25LP3Z E un accelerometro triassiale X Y Z con fondo scala 25g In basso una foto dell accelerometro fig 4 9 Foto dell accelerometro la foto non rappresenta il modello effettivamente utilizzato Insieme all accelerometro vero e proprio e stato acquistato anche un kit di sviluppo che permette l acquisizione e il trattamento del segnale in modo semplice ed efficace tramite un software essenziale e di facile utilizzo fig 4 10 Kit di sviluppo dell accelerometro 77 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling fig 4 11 Il sistema di acquisizione visto nel suo complesso Si rimanda all APPENDICE B per i datasheet sia dell accelerometro che del sistema di acquisizione el ACCEL WIEW Graph
77. n r Versione principale del firmw define STRVER_BETA ViP05 5 3 11 Beta 5Wnir Versione per BETA endif AGAR PI P AAA P P P AAA AI E P I E E ARI P P AAA AA CIA P B AA DARA AAA E E P P AA AAA RARA ii i iii iA if IS BETA VERSION 0 Fit COND COMP 0 define STRVER COMPLETA STRVER SERIALEMOD felse define STRVER_COMPLETA STRVER_MED endif ples fig 4 3 Una schermata dell ambiente di sviluppo IDE per il firmware del display della pedana 65 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Software La rivisitazione di alcune parti dell interfaccia di navigazione quella che nella parte del tempo dell esperienza formativa dedicata allo sviluppo del prodotto ha richiesto pi ore di lavoro dal momento che l esigenza di una nuova e migliorata navigazione proveniva direttamente dalla direzione commerciale la quale si era impegnata a soddisfare una precisa richiesta di un importante cliente Sebbene dal punto di vista strettamente tecnico anche in questo di tipo di programmazione si va alla fine di tutto a programmare un hardware ho preferito distinguere i due aspetti perch la navigazione agisce ad un livello di astrazione superiore avendo a che fare con immagine BMP file di testo di programmi e dati ecc con oggetti cio che sono d uso comune e non richiedono necessariamente la conoscenza di un linguaggio di programmazione MENU PRINCIPALE GLOBUS
78. nInt Viene In int 0W ReadByte byte enInt yiii wires void OW_WriteBlock unsigned char data int data len byte enInt Descrizi void OW_ReadBlock unsigned char data int data len byte enInt ifdef _ byte OW_CRC unsigned char data int nBcrc byte startByte ifdef byte OW_ReadRom unsigned char data byte enInt ifdef i byte 0U UriteMemory unsigned char data int StartAdd int nByte byte en WifNDEF byte 0U ReadMenory unsigned char data int StartAdd int nByte byte enl ifndef _H byte 0U LoadHeaderBlock int idx byte enInt define byte OW_LoadCountDowmBlock int idx byte enInt byte OW_LoadProgramBlock int idx byte enInt DEFINIZIOMET T m TWAT DA AGGIORNARE AD OGNI COMPILAZIONE RILASCIATA define IS BETA VERSION 1 gt Versione ufficiale 1 gt define MACHINE TYPE 1 gt PhisioPlate 1 gt Phisio if MACHINE TYPE 0 define COND COMP 1 O gt Normale 1 gt Versione M define STRVER_SERIALE ViPOS 4 3 11 n r Versione principale del firm define STRVER SERIALEMOD ViP05 4 3 11 n r Versione principale del firmu define STRVER MED WiPOS 4 3 11 MEDinir Versione per MED define STRVER BETA ViPUS 4 3 11 Beta 5inir Versione per BETA define STRVER BETAMED ViP05 4 3 11e Beta 5 MED n r Versione per BETA e MED felse define COND COMP 0 PhisioW define STRVER_SERIALE WiPOS 5 3 11 n r Versione principale del firmw define STRVER SERIALEMOD ViPO5 5 3 11
79. nca Si ritiene che le fratture vertebrali si verifichino nel 10 24 degli uomini e delle donne oltre i 50 anni e che l incidenza della malattia aumenti drasticamente con l et Si calcola che la prevalenza delle fratture vertebrali sia del 5 e del 10 rispettivamente nelle donne e negli uomini tra i 50 e 54 anni mentre la prevalenza aumenta dopo i 75 anni d et toccando percentuali pari al 25 e al 1896 5 Ad ogni modo dato che all incirca in un terzo dei casi in Europa le fratture vertebrali non vengono rilevate probabilmente la prevalenza effettiva pi alta L anamnesi di fratture osteoporotiche un fattore di rischio importante per ulteriori fratture Il rischio di successive fratture aumenta di pi del doppio nelle persone con precedenti di fratture all anca o vertebrali 71 9 E diagnosticata D diagnosticata 8 non diagnosticata e trattata non tratta non trattata fig 2 23 Grafico sulla reale incidenza dell osteoporosi sulla popolazione Come si vede dal grafico la maggior parte delle persone non sa di essere affetta dalla sindrome osteoporotica e di conseguenza non adotta misure precauzionali adeguate alla propria condizione di salute rappresentando in seconda istanza un notevole onere economico sulla societ intera 44 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Impatto sulla qualit di vita sulla morbosit e sulla mortalit Le fratture osteop
80. nita come la pi semplice delle funzioni periodiche ossia il moto armonico L andamento in funzione del tempo di questa funzione e rappresentato da un onda di tipo sinusoidale descrivibile dalla sua ampiezza D e dal suo periodo T Il numero dei cicli completi compiuti durante l unit di tempo ossia durante un secondo detto frequenza la quale viene misurata in Hertz Hz La frequenza legata matematicamente al periodo T attraverso la seguente relazione f 1 T Dove f e la frequenza espressa in Hz e Til periodo espresso in secondi Per cui ad esempio ad un periodo di 0 04 secondi corrispondera un frequenza di 25 Hz Le vibrazioni possono essere suddivise in due gruppi principali le vibrazioni deterministiche e le vibrazioni random Appartengono al primo gruppo tutte le vibrazioni che possono essere descritte grazie a delle espressioni matematiche in grado quantificare le variazioni in funzione del tempo dei valori istantanei d ampiezza Tipiche di questo gruppo sono le vibrazioni provocate dai macchinari di tipo meccanico fenomeni appartenenti al secondo gruppo ossia le vibrazioni random possono al contrario essere descritti solamente attraverso dei parametri statistici dato che costituiscono fenomeni vibratori il cui andamento nel tempo descrive un moto irregolare e del tutto casuale tale da rendere impossibile la previsione del suo valore istantaneo Riconsideriamo ora il sistema meccanico massa molla de
81. nsione e modulo per il caso dell osso trabecolare sono inferiori rispetto a quello corticale di appena il 10 Questa differenza non pu essere spiegata tuttavia solo con differenze nella mineralizzazione dell osso e suggerisce quindi che l organizzazione stessa delle trabecole gioca un ruolo fondamentale 2 4 3 Biomeccanica dell articolazione del femore Il seguente paragrafo ha lo scopo di analizzare dal punto di vista qualitativo e quantitativo il meccanismo della deambulazione soffermandosi sull articolazione del femore e della gamba in generale al fine di capire quali forze sono in gioco e quale sia la loro entit E stata scelta questa articolazione perch come si pu anche intuire senza avere una preparazione medica quella che in tutto l apparato scheletrico maggiormente sollecitata essendo questa deputata alla deambulazione e quindi a sostenere il peso del nostro corpo Meno banale invece quanto questa articolazione sottoposta a sforzo ed proprio intenzione del paragrafo seguente dimostrare come con semplici calcoli di meccanica la consistenza effettiva di questo sforzo sia molto lontana da quello che l intuito potrebbe far pensare in una prima analisi Con riferimento alla fig 2 11 formuliamo le seguenti ipotesi di lavoro 8 Per FEA Finite Element Analysis Metodo degli elementi finiti si intende una tecnica di meccanica computazionale usata per ottenere soluzioni approssimate di problemi di valori al contorno d
82. nza semplice ma non per questo meno completa e autorevole del processo di rimodellamento ci viene data dal cosiddetto modello di Davy Hart che si riporta qui sotto in fig 2 12 OEOME TRIC PROPERTIES GENETIC HORMONAL LOAD FACTORS FACTORS STRAIN REMOOELING STRAIN METABOLIC FACTORS MATERIAL PROPERTIES POTENTIAL REMODELING POTENTIAL OSTEOBLAST ACTIVITY OSTEOBLAST RECRUITMENT HATE OSTEOCLAST ACTIVITY OSTEOCLAST RECRUITMENT RATE NET REMODELING RESORPTION fig 2 12 Modello di Davy Hart del rimodellamento osseo In questo modello si possono riconoscere tre differenti aree o fasi ciascuna delle quali gioca un ruolo parimenti importante Leggendo il grafico infatti partendo da sinistra in alto identifichiamo le seguenti macro aree 1 La presenza di un carico esterno che insiste sulla struttura ossea genera attraverso particolari meccanismi di traduzione un primo potenziale di rimodellamento 2 A questo potenziale vanno a sommarsi altri fattori di tipo genetico ormonale metabolico Questa somma ovviamente di tipo pesato genera il potenziale di rimodellamento finale 23 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 3 Dopo due fasi di cosiddetto signalling la terza e ultima fase consiste nella vera e propria azione biologica e biochimica da parte
83. o corporeo Queste due forze sono dirette in direzioni quasi opposte l una all altra e distano tra di loro solo 7 cm Ci dimostra come la parte superiore del femore sia soggetta ad intense forze di compressione e di sollecitazioni trasversali E chiaro quindi come sia fondamentale che il tessuto osseo possegga una sana e robusta microarchitettura interna al fine di garantire un congruo assorbimento delle forze cui soggetto 2 5 PARTE II Il processo di rimodellamento osseo Tutte i sistemi del corpo umano sono soggetti ad un continuo processo di rinnovamento per mantenere i propri tessuti vitali e funzionali Il tessuto osseo non fa eccezione In particolar modo quest ultimo deve essere in grado di resistere sempre in maniera adeguata alle sollecitazioni meccaniche alle quali viene sottoposto a questo scopo il tessuto osseo neoformato risulta pi efficace rispetto al tessuto pi vecchio Il rimodellamento osseo pertanto un costante processo di riassorbimento e di rinnovo tessutale il cui scopo principalmente la salvaguardia dell efficienza meccanica dello scheletro e la prevenzione dei danni da affaticamento 22 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 2 5 1 Il modello di DAVY HART Sebbene i meccanismi intimi di questo processo non siano ancora tutti conosciuti possibile comunque delinearne con sufficiente precisione le varie fasi Una rappresentazione abbasta
84. o vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 1 Cellule di copertura a lining cells QUIESCENZA ATTIVAZIONE Osso 2 Contrazione delle cellule di copertura Esposizione della superficie ossea 3 Gli osteoclasti degradano l osso formando lacune di Howship durata da 1 a 3 settimane RIASSORBIMENTO 4 Osteoblasti rimpiazzano gli osteoclasti 1 3 settimane e depongono nuovo osso osteoide fino a riempire la cavit 2 3 mesi Progressiva 5 mineralizzazione e ricopertura della supeficie ossea con le cellule di rivestimeto L intera fase richiede 3 4 mesi per completarsi C poi un periodo di 6 12 mesi in cui continua la mineralizzazione Quiescenza durante questa fase il tessuto a riposo dal punto di vista funzionale il periodo tra un ciclo e l altro di rimaneggiamento Attivazione comincia a verificarsi ad opera di vari fattori il reclutamento degli osteoclasti Le cellule della zona di confine hanno l importante ruolo di ritirarsi per permettere l accesso degli osteoclasti alla matrice ossea Nell inizio del ciclo di rimodellamento hanno probabilmente importanza le microfratture Riassorbimento gli osteoclasti cominciano a scavare una cavit ossea lacuna di Howship durante tale fase rivolgono l orletto striato verso la zona riassorbita Queste cellule presentano una pompa protonica che riducendo il pH extracellul
85. olare Anche le donne con indice di T Score minore di 2 5 definizione di osteoporosi secondo l OMS sono state escluse dallo studio Tutti i soggetti sono stati poi assegnati in maniera casuale a 3 differenti gruppi Un totale di 25 donne stato allenato per 6 mesi su di una pedana vibrante gruppo WBV Whole Body Vibration un gruppo di 22 donne ha partecipato ad un programma di allenamento di resistenza muscolare gruppo RES le restanti 23 donne sono servite per costituire il gruppo di controllo e non hanno partecipato ad alcun allenamento gruppo CON Per quanto riguarda i primi due gruppi in entrambi i casi i programmi di allenamento sono stati caratterizzati da 72 sessioni di allenamento in un periodo di 24 settimane la frequenza dell allenamento stata stabilita in 3 volte la settimana con almeno un giorno di riposo tra due sessioni consecutive 57 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling WBV n 25 RES n 22 CON n 24 p Value Age years 64 6 3 3 63 90 3 8 64 2 3 1 0 79 Years since menopause 16 9 6 3 15 5 6 0 14 6 6 6 0 47 Body mass kg 66 5 8 9 70 47 9 6 68 56 14 5 0 75 Height m 1 59 0 05 1 61 0 06 1 60 0 06 0 39 BMI kg m 26 34 3 6 274 35 26 51 5 8 0 70 BMD whole body g cm 1 02 0 09 1 01 0 08 1 03 0 06 0 84 BMD proximal femur g cm 0 88 0 14 0 84 0 09 0 84 0 11 0 64 BMD lumbar spine g cm 0 90 0 14
86. ome ciascuno di essi era abituato a fare in precedenza senza cio cambiare i propri stili di vita Durante le 24 settimane dello studio i soggetti hanno compilato periodicamente delle schede riportando il loro grado di attivit fisica Misura del BMD Bone Mass Density Densit di Massa Ossea La misura della densit ossea stata misurata sia all inizio dello studio che alla fine dei 6 mesi di allenamento Nella fattispecie sono stati presi in considerazione gli indici BMD sia del femore che del corpo totale esame cosiddetto total body La tecnica adottata per il calcolo del BMD la DEXA in APPENDICE A si riporta copia di un documento originale relativo proprio ad un indagine DEXA su una paziente donna Risultati Come mostrato nella figura 3 6 l indice BMD totale del femore nel gruppo di allenamento WBV aumentato nel tempo 0 93 mentre nessun rilevante cambiamento stato osservato nel BMD dei soggetti partecipanti al gruppo RES 0 51 e al gruppo di controllo 0 62 Risulta quindi che il gruppo WBV rispetto al gruppo di controllo ha beneficiato di un incremento netto del 1 55 rispetto all indice BMD femorale Un beneficio netto simile 1 53 si osserva se si mette a confronto il gruppo WBV con quello RES 59 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling Cyr fe AA a LLLA SS PRECENTAGE CHANGE BMD BMD TOTAL HIP w
87. one CARATTERISTICHE TECNICHE ma trova anche un buonissimo impiego in trattamenti di fitness e di estetica Contiene infatti SEO ded Tipo vibrazione verticale protocolli pre inseriti di Propriocezione Sport Fitness e Bellezza Range frequenza 15 70 Hz con variazione di 1 Hz ME ie u Range vibrazione mm 2 e 4 La vibrazione neuromeccanica estremamente efficace per tutti i tessuti e le strutture del Motore 2 x AC 200 W corpo Umano Voltaggio 230 V Potenza 12 6 agisce sul sistema neuromuscolare sulla circolazione sulla cartilagine sultessuto osseo Sul sistema ormonale sui neurostrasmettitori DOTAZIONE 1 Tappeto esercizi 2 Cinghie esercizi 1 Cavo collegamento Manuale Rumorosit 58 db Awio Stop remoto SI Ingombro totale cm 80x92x149 Dimensioni piatto cm 79x42 Peso pedana kg 120 Velocit 55 Max peso utente kg 150 Colori inserti BLU ROSSO TEMPO 244 7 244 706 244 712 244 718 244 724 244 73 244 736 244 742 244 748 244 754 244 76 244 766 244 772 244 778 244 784 244 79 244 796 244 802 244 808 244 814 244 82 244 826 244 832 244 838 244 844 244 85 244 856 244 862 244 868 244 876 244 882 244 888 244 894 244 9 244 906 244 912 244 918 244 924 244 93 244 936 244 942 244 948 244 954 244 96 244 966 244 972 244 978 244 984 244 99 245 004 245 01 245 016 245 022 245 028 245 034 X 0 256 0 733 0 818 0 037 0 598 0 696 0 806 0 012 0 598
88. orotiche spesso limitano la mobilit e la capacit del paziente di svolgere le mansioni quotidiane Infatti le fratture incidono maggiormente sulla perdita di anni di vita in buono stato di salute rispetto ai tipi comuni di cancro ad eccezione del cancro ai polmoni Inoltre le donne oltre i 45 anni passano pi giorni in ospedale a causa dell osteoporosi rispetto a molte altre malattie tra cui il diabete l infarto miocardico e il cancro al seno Il dolore la disabilit e la perdita d indipendenza associate all osteoporosi colpiscono anche il benessere mentale delle persone riducendone la qualit di vita L osteoporosi ha un impatto negativo anche a livello psicologico causa ansia e depressione o addirittura chiusura sociale e isolamento Il 40 circa delle donne affette da osteoporosi sperimenta sintomi di depressione il 58 patisce un senso di scarso benessere e il 41 riferisce di una riduzione della qualit di vita Il dolore presente nel 50 delle donne con osteoporosi il 26 delle quali ne soffre per pi di 10 ore al giorno In Europa il 24 delle donne e il 33 degli uomini muore entro l anno successivo a una frattura all anca Tra coloro che sopravvivono circa il 40 sono incapaci di camminare in maniera indipendente e fino all 8096 non sono completamente in grado di svolgere le attivit fondamentali della vita quotidiana Di conseguenza circa un terzo di questi pazienti vive in centri di assistenza negli anni succe
89. periodo post menopausale 56 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 3 5 WHOLE BODY VIBRATION uno studio pilota Vari studi su modelli animali sia in vitro che in vivo hanno dimostrato l efficacia di un allenamento vibratorio sull aumento di massa ossea Tuttavia nella letteratura scientifica sempre mancato almeno fino a qualche anno fa uno studio serio sull efficacia di questo allenamento sull uomo Se cio anche l uomo risponde nella stessa maniera dei modelli animali precedentemente citati A questa domanda pi che legittima risponde un interessantissimo studio della dott ssa Sabine Verschueren dell Universit Cattolica di Leuven in Belgio pubblicato nel 2004 sulla prestigiosa rivista internazionale Journal of Bone and Mineral Research Lo studio di Verschueren et al si propone di studiare gli effetti di 6 mesi di allenamento vibratorio WBV Whole Body Vibration sulla densit ossea del femore in un campione casuale di donne post menopausali Alla partecipazione di questo studio sono state reclutate su base volontaria 70 donne in et post menopausale L idoneit per la partecipazione allo studio stata valutata sulla base di un questionario e attraverso una visita medica Le donne dovevano essere di et compresa tra 60 e 70 anni esenti da malattie o trattamenti medici e o farmacologici che potessero compromettere il metabolismo osseo o la forza musc
90. persone invece sottopongono il loro corpo a vibrazioni di ben altro genere come quelle causate da macchinari quali i veicoli pesanti i martelli pneumatici oppure molti altri utensili manuali Esattamente come per il caso del nostro apparato acustico che pu captare suoni piacevoli oppure estremamente sgradevoli il nostro corpo pu essere sottoposto a vibrazioni del tutto gradevoli come ad esempio il leggero beccheggio od il piacevole rollio di una barca oppure decisamente spiacevoli come nel caso in cui si percorresse una strada dissestata con un mezzo scarsamente ammortizzato Da un punto di vista meccanico possiamo affermare che un corpo vibra quando quest ultimo descrive un movimento di tipo oscillatorio intorno ad una posizione di riferimento Se prendiamo come esempio un modello meccanico costituito da un corpo di massa m che sia vincolato ad una molla la cui costante elastica viene indicata con K e lo poniamo in oscillazione potremo osservare come la massa m si muova con regolarit nei confronti della posizione di equilibrio statico Inoltre potremo notare come il movimento osservabile abbia un carattere periodico in altre parole ad intervalli di tempo regolari si riprodurr eguale a se stesso fig 3 1 Rappresentazione schematica del concetto di vibrazione 47 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling In figura 1 rappresentata quella che pu essere defi
91. po Porta Com 0 0 Termina fig 4 6 Il software utilizzato per programmare la libreria immagini e le stringhe di testo 70 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 4 2 La Marcatura CE e Il Fascicolo Tecnico La Marcatura CE La direttiva macchine 2006 42 CE e le altre direttive comunitarie definiscono tutta la documentazione che il fabbricante il suo mandatario se il fabbricante si trova fuori della CEE o l importatore deve produrre per poter apporre il marchio CE fig 4 7 Il marchio CE originale con le rispettive quote e geometrie Il punto fondamentale da cui partono tutte le direttive e tutte le normative che vengono emesse in merito al Marchio CE la sicurezza Il legislatore quando approva e pubblica direttive e norme parte dalla necessit di garantire all utente finale la massima sicurezza possibile compatibilmente con i progressi della tecnica e le possibilit produttive per questa ragione molte norme e direttive vengono aggiornate in continuazione E chiaro quindi come siano i requisiti di sicurezza a determinare la complessit delle procedure da attivare per applicare il Marchio CE su un prodotto e non il suo costo commerciale o la sua 71 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling diffusione Tanto pi un prodotto pu creare danni all utente come nel caso delle macchine
92. re vertebrali sono meno drammatiche ma specie se le vertebre fratturate sono due o pi ne possono derivare dolore continuo alla schiena riduzione della motilit cifosi incurvamento in avanti della colonna vertebrale riduzione della statura difficolt respiratorie La rilevanza dell osteoporosi deriva anche dalla sua diffusione l incremento della vita media che ha caratterizzato gli ultimi decenni ha fatto salire il numero degli individui a rischio di osteoporosi e quindi di frattura e la tendenza appare inesorabilmente in aumento Secondo i dati dell Organizzazione Mondiale della Sanit OMS nel 1990 si sono verificate circa 1 700 000 fratture di femore nel mondo ne sono previste 6 300 000 per il 2050 Questi numeri impongono una sempre maggiore attenzione da parte delle organizzazioni sanitarie per identificare i soggetti a rischio e le terapie pi appropriate ma rendono anche necessaria una attenta partecipazione individuale soprattutto per quanto riguarda le attivit di prevenzione 46 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 3 L allenamento vibratorio 3 1 Le vibrazioni Quotidianamente probabilmente nella maggior parte dei casi senza nemmeno rendercene conto il nostro corpo e sottoposto a vibrazioni di differente tipo basti pensare a quando viaggiamo in autobus in treno oppure in automobile solamente per citare i casi pi ordinari Molte altre categorie di
93. rico modelli matematici e biologici di signalling Un possibile modello per il meccanismo di traduzione Abbiamo appena visto che il lavoro di Klein Nulend propone un ipotesi pi che plausibile di come il carico meccanico sia rivelato molto probabilmente dagli osteociti Quello che manca ora capire come questo sensing sia poi effettivamente tradotto dal punto di vista biochimico e biologico all interno della cellula cos da per cos dire chiudere il cerchio e capire come una forza esterna alla cellula influenzi e regolarizzi l attivit e l espressione genica vera e propria responsabile poi del reclutamento delle cellule specializzate come gli osteoblasti e osteoclasti Il lavoro di Pavalko et al offre un interessante prospettiva al riguardo cercando di rispondere proprio a questa domanda Lo studio si propone di scoprire i meccanismi che trasportino l informazione meccanica dalla membrana cellulare ossea ai geni bersaglio alterandone in ultima analisi l espressione genica DETECTION EARLY RESPONSE 8 Shear stress load deformation of membrane ee Ca Ca actin associated amp focal adhesion protens c fos COX 2 Nascent committed signals Ca dependent kinases e COMMITTED RESPONSE Nuclear translocation of mechanosomes COMMITTED RESPONSE Formation of mechanosomes Nucleus fig 2 18 Schematizzazione della traduzione del segnale meccanico in biochimico 29 L allenamento v
94. scelta della parte del corpo L unico modo per ridurre al minimo i tempi di attesa e di scelta tale per cui sia necessario uno e un solo tocco sullo schermo quello di visualizzare contemporaneamente tutte le possibile scelte o 67 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling comunque un loro sottoinsieme relativamente numeroso all interno della stessa area visibile Trattandosi di parti del corpo la soluzione e stata quasi immediata e non stato necessario ricorrere a particolari artifici grafici La visualizzazione delle parti del corpo compatibili con l esercizio precedentemente scelto saranno ora visualizzate su una figura rappresentante il corpo umano e i suoi distretti muscolari La scelta caduta necessariamente su una figura di corpo umano disposta come Uomo Vitruviano di Leonardo da Vinci fig 4 6 La nuova interfaccia grafica che permette di scegliere la parte del corpo La fig 4 6 mostra le due nuove schermate corpo visto di fronte e corpo visto dal retro che sono state sviluppate per la scelta della parte del corpo rettangoli disegnati sopra i vari distretti muscolari rappresentano le aree di touch ovvero le aree dello schermo sensibili al tocco e che intercettano l evento segnalandolo al firmware sottostante E possibile commutare le due immagini mediante la pressione dell icona in basso rappresentante le frecce In questo modo l utente in un solo colpo d
95. scritto in figura 1 e poniamolo in oscillazione avendo come riferimento un punto x posto sulla massa m Nel momento in cui il sistema oscilla il punto x si sposta di un certo valore misurabile in metri millimetri oppure micron nel caso di spostamenti di ridottissima ampiezza Questo spostamento viene compiuto in un certo tempo da questo consegue che si possa considerare la sua dinamica anche in termini di velocit e d accelerazione L accelerazione come vedremo in seguito costituisce uno dei parametri cruciali dell allenamento vibratorio AV L esposizione alle vibrazioni pu avere serie ripercussioni sull organismo umano ed animale non a caso esistono delle normative ben precise a questo proposito nell ambito della medicine del 48 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling lavoro tuttavia il punto cruciale concernente la positivit o la negativit dell esposizione alle vibrazioni costituito dalla loro frequenza ed ampiezza nonch dalla durata dell esposizione stessa risultati degli studi scientifici in proposito indicano come un periodo d esposizione ridotto ed una frequenza di vibrazione dell ordine di 20 30 Hz non solo non comportino alcun effetto negativo a livello organico ma come al contrario possano indurre un positivo adattamento neuromuscolare Kerschan Shindl et al 2001 Il concetto di accelerazione Picco 5 o i 58 Es Ampie
96. si ha a che fare tuttavia con multipli del Pascal MPa o GPa visti l ordine di grandezza dei carichi normalmente applicati Per quanto riguarda invece la deformazione questa una quantit adimensionale poich rappresenta il rapporto tra l elongazione subita e la lunghezza originaria due quantit ovviamente omogenee tra di loro In una curva tensione deformazione fig 1 9 la pendenza E della regione elastica lineare viene definita modulo dimensionalmente parlando ha la stessa unit di misura della tensione cio MPa o GPa Si vuole sottolineare ancora una volta l importanza di due tensioni o e o la prima detta tensione di snervamento in corrispondenza della quale viene irreversibilmente danneggiata la struttura meccanica interna del materiale con conseguente perdita delle propriet elastiche e la seconda definita come tensione limite o tensione di frattura per cui sopraggiunge appunto la frattura del materiale conseguenza macroscopica ed irreversibile dell incapacit del materiale a sopportare un carico troppo elevato Da notare infine che la tipologia di curve tensione deformazione ci permette di paragonare differenti materiali sia in termini della pendenza della curva modulo E che considerando queste due tensioni particolari A titolo di esempio il modulo dell acciaio e circa 10 volte quello dell osso corticale mentre la tensione di rottura sempre dell acciaio 5 volte maggiore 7 Nella realt il legame costitutivo elas
97. ssivi alla frattura Onere economico dell osteoporosi Le fratture osteoporotiche impongono un peso finanziario significativo agli individui e ai servizi sanitari In Europa stato calcolato che i costi sanitari totali diretti dell osteoporosi equivalgono a pi di 36 miliardi di euro all anno e si prevede un aumento fino a 76 7 miliardi di euro nel 2050 a causa dell invecchiamento della popolazione Le fratture all anca sono quelle che generano i costi economici maggiori rispetto agli altri tipi di fratture poich questi pazienti devono essere ricoverati in ospedale per lunghi periodi di tempo 45 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling La quantit di tempo trascorso in ospedale a seguito di una frattura all anca pu variare considerevolmente da 3 giorni a qualche settimana fino a diversi mesi con una media di circa 10 giorni Conclusioni Le fratture costituiscono l evento clinico pi rilevante dell osteoporosi anche perch interessano con maggiore frequenza il polso le vertebre ed il femore Nel caso di fratture di femore il ricovero in ospedale indispensabile e nella maggior parte dei casi necessario l intervento chirurgico con inserimento di protesi dati epidemiologici dimostrano che solo il 50 dei pazienti rimane autosufficiente dopo una frattura di femore e che la qualit di vita successiva viene comunque compromessa Le conseguenze delle frattu
98. studi in vitro in vivo e da uno studio clinico randomizzato giustificano l utilizzo dell allenamento vibratorio come strumento efficace per l abbattimento del rischio osteoporotico punto 3 Il punto 4 rappresenta la parte di sviluppo del prodotto in cui il sottoscritto ha partecipato attivamente contribuendo sia alla creazione di una nuova interfaccia utente sia nella condotta di alcuni test accelerometrici sul prodotto medesimo L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 2 IL TESSUTO OSSEO 2 1 Introduzione L intero corpo umano formato da diversi tipi di tessuto questi tessuti biologici possono essere pensati alla stregua di materiali compositi costituiti da un numero variabile di cellule legate ad una sostanza complessa denominata matrice extracellulare fig 2 1 Le cellule costituendo il tessuto vivente vero e proprio rappresentano la parte organica del tessuto mentre la matrice extracellulare rappresenta la parte inorganica Quest ultima costituita da un intreccio di eteropolisaccaridi e di proteine fibrose nel quale vengono trattenute quantit elevate di liquido interstiziale prevalentemente acqua La matrice extracellulare molto importante poich funge da collante lubrificante ed ammortizzatore d urti Tuttavia non svolge solamente la funzione di stabilizzazione tissutale ma anche un complesso ed attivo ruolo nella trasmissione di segnali molecolari
99. tanto pi accurata deve essere l analisi dei rischi e tanto pi complessi gli interventi per eliminare o ridurre i pericoli Per tali ragioni e non per speculazioni commerciali l assistenza o l attivit eseguita internamente per applicare il Marchio CE possono avere un costo estremamente variabile e passare da poche centinaia di euro a svariate migliaia Proprio per garantire un minimo di sicurezza il Marchio CE pu essere apposto solo dopo aver seguito un percorso ben definito che non la compilazione burocratica di moduli ma la valutazione attenta di caratteristiche e circostanze E necessario affrontare quindi l applicazione del Marchio CE con l obiettivo di ottenere dei prodotti sicuri prima ancora che funzionali La parte pi importante della documentazione e della stessa marcatura CE indicata in tutte le direttive relative ai prodotti soggetti a marcatura rappresentata dal Fascicolo Tecnico d ora in avanti FT Il FT una raccolta di tutti i documenti realizzati durante la progettazione la costruzione il collaudo della macchina In esso sono inclusi le caratteristiche dei materiali utilizzati i disegni costruttivi gli schemi la documentazione del materiale da commercio le misurazioni di compatibilit elettromagnetica e tutte le altre caratteristiche principali del prodotto European conformance CE mark China Export CE symbol fig 4 8 Il marchio CE originale a confronto con l ambiguo simbolo China Export
100. tazione di nuovi e nascenti complessi di signalling che alla fine portano al cambiamento dell espressione genica Non solo l aumento del calcio citosolico oltre a influenzare come abbiamo appena visto l espressione genica attraverso il propagarsi di un azione meccanica fino all interno del nucleo anche direttamente collegato come dimostrato da Chen et al con la produzione dell enzima COX 2 Ciclo Ossigenasi 2 responsabile a sua volta della produzione della prostaglandina PGE2 fattore importante come enunciato precedentemente nella formazione di nuovo tessuto e pi in generale nell intero processo dinamico di modellamento osseo Riassumendo possiamo dire quindi che l aumento della concentrazione intracellulare degli ioni calcio determina due tipi di risposta 10 Si definisce chinasi un tipo di enzima capace di trasferire gruppi fosfato da molecole donatrici ad alta energia come ATP a specifici substrati tale processo detto fosforilazione 34 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 1 una risposta di tipo meccanica mediante la creazione di questi complessi proteici definiti meccanosomi che con la loro migrazione verso l interno del nucleo riescono a influenzare l espressione genica 2 una risposta di tipo signalling con la produzione dell enzima COX 2 a sua volta direttamente coinvolto nella produzione della prostaglandina PGE2 Abbiamo quindi visto secondo questo mo
101. te tensioni e deformazioni si propagano attraverso tutta la struttura a possono variare anche in maniera complessa Per evitare questi tipi di difficolt le considerazioni a seguire si baseranno su una struttura regolare soggetta ad un carico sotto condizioni note e ben definite fig 2 8a In fig 2 8a una barra cilindrica di lunghezza L e di sezione costante A soggetta esclusivamente ad una forza esterna di trazione di tipo monoassiale longitudinale Nel momento in cui il carico applicato il cilindro comincia a stirarsi Questa situazione pu essere descritta per analogia dall equazione che sottende all allungamento di una molla F kx 1 dove F la forza applicata x il cambiamento in lunghezza o elongazione della molla e k la costante elastica della stessa Invertendo questa semplice relazione x F k si nota facilmente 11 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling come data una forza esterna applicata con una molla molto rigida k molto alto l elongazione x che ne deriva di lieve entit La relazione analoga per l allungamento del cilindro ira 2 AE dove AL e l elongazione del cilindro L la lunghezza originale A l area della sezione trasversale F la forza ed E una costante che sar definita in seguito che descrive se il materiale rigido o flessibile Possiamo tracciare ora un grafico per rappresentare il comportamento struttur
102. tico ha generalmente natura tensoriale o De infatti si ha a che fare con tensioni applicate su tre superfici differenti e ciascuna tensione sua volta esprimibile mediante le tre componenti cartesiane calcolate rispetto ad un sistema di riferimento prescelto O ed sono perci tensori di ordine 2 nella loro rappresentazione matriciale indicano matrici quadrate di ordine 3 quindi di 9 elementi in totale D invece un tensore del quarto ordine 81 componenti chiamato tensore di deformabilit Come si vede le cose sono molto pi complicate ma esulano dagli scopi di questa trattazione per cui si scelto di limitarsi a considerare il caso elastico lineare monoassiale al solo fine di introdurre i concetti generali di tensione deformazione e modulo e che saranno pi che sufficienti per comprendere i concetti che seguiranno Ecco quindi perch la 3 stata scritta in forma scalare e non vettoriale 14 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 2 4 2 Proprieta dei tessuti corticale e trabecolare Come gia visto in precedenza il tessuto osseo mineralizzato costituisce la maggior parte dell osso sia corticale che trabecolare Ci sono tuttavia differenze notevoli nella loro organizzazione strutturale Nell osso corticale sono presenti i canali haversiani contenenti vasi sanguigni o nervi ed il tessuto osseo depositato secondo strati cilindrici attorno a questi canali Al contrario
103. to di calcio e in ultima fosfato di magnesio e fluoruro di calcio osso spugnoso fig 2 3 Sezione di un femore umano e particolare del tessuto osseo spugnoso Dal punto di vista strutturale macroscopico si possono distinguere due tipi di tessuto osseo l osso compatto che appare come una massa solida e continua e l osso spugnoso che possiede un aspetto alveolare e dove si riconoscono le tipiche trabecole osee fig 2 3 Dal punto di vista microscopico le dimensioni e la disposizione delle fibre di collagene individuano invece due variet di tessuto osseo fibroso e lamellare Mentre il primo caratterizzato dalla L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling presenza di fibre di collagene che si intrecciano in tutte le direzioni e rappresenta solo una piccola percentuale del tessuto totale il secondo il tessuto osseo lamellare la forma pi diffusa di tessuto osseo e costituisce la quasi totalit dell osso compatto e buona parte dell osso spugnoso Nel tessuto osseo lamellare le fibre di collagene e gli osteociti sono organizzati in strati ordinati e sovrapposti e formano le cosiddette lamelle ossee che a seconda della disposizione danno luogo al tessuto lamellare semplice caratterizzato da un numero limitato di lamelle parallele tra loro ed al tessuto lamellare osteonico caratterizzato da lamelle disposte in modo concentrico attorno ad un canale centrale detto canale d
104. tudio delle risposte che un tessuto in particolare manifesta una volta sollecitato da queste vibrazioni il tessuto osseo del paziente geriatrico Il perch di questa scelta giustificato dalle seguenti ragioni la persona anziana a maggior ragione se di sesso femminile pi di ogni altro individuo soggetta ad un pronunciato e progressivo indebolimento della propria struttura ossea dovuto a fattori fisiologici e o patologici Basti pensare al numero di persone che soffrono di osteoporosi e alle innumerevoli cadute e fratture ossee che si verificano ogni anno a carico di persone avanti con l et Un problema quindi di enorme rilevanza sociale e Il tasso di mortalit entro un anno dopo una frattura al femore nella popolazione over 80 pu arrivare anche al 18 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling e lo studio delle risposte adattive del tessuto osseo alla sollecitazione passive indotte dall allenamento vibratorio permette di individuare delle strategie per rallentare il processo di osteoporosi Questa relazione perci strutturata come segue Il tessuto osseo Le vibrazioni meccaniche La pedana vibrante PHYSIOPLATE La certificazione di prodotto die A ES APPENDICI varie raccolta di documenti grafici e dati punti 1 e 2 rappresentano una base di partenza fisiopatologica e attraverso una serie di considerazioni biomeccaniche e biochimiche supportate da
105. uisiti essenziali di sicurezza della Direttiva per il prodotto da commercializzare Contiene e dati di identificazione del fabbricante e del prodotto elenco delle norme armonizzate o delle soluzioni alternative applicate e descrizione del prodotto con schema d insieme e eventuali istruzioni d uso B PREPARABILE IN UN TEMPO RAGIONEVOLE Comprendera solo gli aspetti coinvolti dal motivo della richiesta e tutti i documenti richiesti dalle Direttive di riferimento Uno stato membro puo richiedere la parte A nella propria lingua ufficiale Sar accordato un ragionevole tempo per la traduzione In nessun caso pu essere richiesta una traduzione giurata La mancata presentazione del FT e sufficiente per dubitare della conformit Nella redazione il fabbricante deve tener presente che la richiesta del FT presuppone che qualcosa di grave potrebbe succedere o gi successo e che al FT spesso affidata la difesa della propria azienda e dei propri prodotti 74 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling La risoluzione del Consiglio del 7 maggio 1985 precisa che nel caso di dichiarazioni di conformit del fabbricante le autorit nazionali che abbiano fondati motivi per credere che un prodotto non risponda sotto tutti gli aspetti al livello di sicurezza richiesto hanno il diritto di chiedere al produttore o all importatore di presentare i dati relativi agli esami effettuati in
106. un animale che stato soggetto per un anno intero a 20 min die di vibrazione a 30 Hz e bassa ampiezza 0 3g Come si evince dall osservazione della fotografia di destra l incremento nella densit trabecolare ossea nell animale sottoposto al trattamento notevole ed stata raggiunta cosa pi importante con livelli di stress meccanico tissutale 3 ordini di grandezza inferiori rispetto a quelli che possono provocare una danno irreparabile Conclusioni Questi dati suggeriscono in ultima analisi che un allenamento di tipo vibratorio con specifici parametri meccanici possa rappresentare una prima base non farmacologica per il trattamento dell osteoporosi e pi in generale in tutti quei casi in cui ci sia una conclamata diagnosi di osteopenia 54 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling 3 4 L applicazione delle vibrazioni in medicina geriatrica Uno degli ambiti d intervento primari della medicina geriatrica e costituito dalla ricerca di strategie atte al raggiungimento dell indipendenza funzionale del paziente ed al raggiungimento di una qualit di vita soddisfacente e o comunque ad un suo miglioramento Gli obbiettivi principali che queste strategie si pongono in termini concreti sono la diminuzione e la prevenzione del disagio funzionale normalmente correlato all et anagrafica del paziente oltre che la restituzione dell indipendenza funzionale del paziente stesso dopo c
107. zo del PC gestione del tempo di trattamento La vibrazione neuromeccanica estremamente efficace per tutti i tessuti e le strutture del corpo umano agisce sul sistema neuromuscolare sulla circolazione DOTAZIONE sulla cartilagine sultessuto osseo Sul sistema ormonale Sui neurostrasmettitori 1 Tappeto esercizi 2 Cinghie esercizi 1 Kit Physiokey CD installazione interfaccia installazione 3 chiavi hardware 1 Cavo collegamento Manuale Rumorosit 58 db Avvio Stop remoto SI Ingombro totale cm96x96x156 Dimensioni piatto cm 93x63 Peso 0 inserti BLU ROSSO GLOBUS PHYSIOPLATE FIT 232 PROGRAMMI CARATTERISTICHE PRINCIPALI rapida selezione del menu grazie allo schermo grafico touch screen personal trainer un prezioso aiuto per la scelta dei numerosi protocolli pre inseriti in funzione degli obiettivi e della parte del corpo da trattare ampio libreria di esercizi per il benessere e la forma di tutto il corpo visualizzazione delle posizioni da mantenere durante i trattamenti direttamente sul display programmazione libera possibilit di programmare nuovi protocolli ipostando liberamente tutti i parametri frequenza ampiezza numero di cicli tempo di lavoro e tempo di riposo possibilit di variare durante il lavoro la frequenza il tempo di lavoro e il tempo di riposo PHYSIOPLATE FIT la pedana vibrante ideale per i trattamenti sportivi e la riabilitazi
108. zza A 29 Amplitude za Magnitudo Escursione Tempo Equilibrio m Equilibrium Peak to Peak Displacement D Periodo T r Picco Period Peak fig 3 2 Rappresentazione schematica del concetto di vibrazione Prima di affrontare che cosa si intende per allenamento vibratorio opportuno introdurre il concetto di accelerazione di una grandezza che varia secondo una legge sinusoidale dal momento che la maggior parte delle piattaforme vibratorie pedane vibranti esercitano un tipo di vibrazione in senso verticale che pu essere ricondotto in prima approssimazione ad un andamento di tipo sinusoidale 49 L allenamento vibratorio nel paziente geriatrico modelli matematici e biologici di signalling L equazione caratteristica che descrive un moto oscillatorio di tipo sinusoidale nella sua forma pi generale y t Asen 0t 0 dove A rappresenta l ampiezza dell onda ovvero la massima escursione che la pedana riesce a compiere in senso verticale rispetto alla sua posizione di riposo Essendo l accelerazione definita come PRESS dt Derivando una prima volta rispetto al tempo y t otteniamo y t 0 Acos 0 t 0 Derivando ulteriormente abbiamo y t 7 0 Asen o t In ultima analisi quindi l accelerazione massima del sistema la l o A 0 0 21 f Ricordando inoltre che l accelerazione pu essere riscritta come _ 2 2 W f A inoltre osservan

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