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Caratterizzazione dei tessuti muscolari tramite misure di Spettroscopia ad Impedenza Elettrica

Informazioni tesi

  Autore: Nicolangelo De Santis
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2012-13
  Università: Università degli Studi di Napoli - Federico II
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Biomedica
  Relatore: Fabrizio Clemente
Coautore: Mario Cesarelli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 77

La Spettroscopia ad Impedenza Elettrica è una tecnica a bassa invasività che permette di analizzare le proprietà fisiologiche dei tessuti umani e che è stata proposta per la diagnosi di vari disturbi neuromuscolari prendendo il nome di Miografia ad Impedenza Elettrica (EIM). Tale metodica presuppone l’effettuazione di misure di impedenza a singola frequenza (il valore più usato è 50 kHz) oppure in uno spettro definito di frequenze. Nel presente lavoro di tesi la seconda tecnica è stata proposta per lo studio dei tessuti muscolari. In particolare sono state valutate diverse condizioni fisiologiche (riposo, contrazione isometrica e successivo rilassamento muscolare) per i muscoli flessori situato nel lato interno dell’avambraccio. In particolare sono state effettuate misure su soggetti sani e date alcune preliminari valutazioni sulla caratterizzazione dei risultati.
Il sistema di misura, già utilizzato con successo in precedenti lavori qui analizzati, è costituito da un PC portatile equipaggiato con una scheda di acquisizione dati della National Instruments PCMCI- NIDAQ 6062E, integrato da un circuito di condizionamento del segnale e da un software di controllo e memorizzazione realizzato in ambiente LabVIEW. Le misure sono state effettuate nel range di frequenze che va da 1 kHz a 60 kHz, acquisendo dati in corrispondenza di 10 valori di frequenza per limitare la durata del tempo di misura, registrando i valori di impedenza mediante il metodo volt-amperometrico, che prevede l’utilizzo di elettrodi di corrente e voltmetrici. Nell’ambito del presente lavoro di tesi si è reso necessario effettuare preliminari misure di calibrazione dello strumento. A valle di uno studio bibliografico sono stati definiti modelli elettrici del tessuto in esame definendo gli errori sistematici di misura nel range del misurando. Successivamente uno studio bibliografico e alcuni test preliminari su quattro differenti layout elettrodici hanno portato alla scelta di un posizionamento ottimale degli elettrodi, per il quale sono stati studiati due protocolli: nel primo si chiede al soggetto in esame una contrazione isometrica pari al 75% della contrazione massima volontaria; il secondo prevede una contrazione pari al 50% dello sforzo massimale. In entrambi i casi è stata proposta l’analisi della fase di riposo immediatamente successiva alla contrazione e a 2,4 e 6 minuti dopo la contrazione. Per ogni soggetto è stata redatta un’apposita scheda, relativa ad ogni misura, contenente: matricola identificativa, sesso, età, peso, altezza, braccio dominante, tipo di corporatura, informazioni relative all’attività fisica ed eventuali criticità rilevate al momento della misura.

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4 CAPITOLO 1 ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE DEL MUSCOLO SCHELETRICO La possibilità di compiere movimenti è affidata alle capacità contrattile delle cellule muscolari in risposta a stimoli di varia natura (ormonale o nervosa). Le cellule muscolari, o fibre muscolari, sono striate se sono presenti miofilamenti nel loro citoplasma disposti in maniera ordinata e ripetuta, con conseguenti striature visibili ad occhio nudo: tali cellule caratterizzano il tessuto muscolare striato (o scheletrico), la cui muscolatura è controllata dalla volontà, ed il tessuto muscolare cardiaco (che costituisce il cuore), dove il controllo è di tipo involontario. Se le striature prima citate non sono presenti si parla di tessuto muscolare liscio: in tal caso l’eccitazione cellulare è dovuta a stimoli esterni, ormoni oppure impulsi provenienti dal sistema nervoso autonomo piuttosto che alla volontà. Tale lavoro si concentra su due muscoli scheletrici presenti all’interno dell’avambraccio: il muscolo flessore superficiale delle dita ed il muscolo flessore ulnare del carpo. 1.1 I muscoli scheletrici I muscoli scheletrici costituiscono gli organi attivi della locomozione perché, prendendo attacco sopra i vari segmenti dello scheletro, determinano il movimento delle leve ossee a cui si impiantano (da tale rapporto deriva il nome). Presi nel loro insieme i muscoli scheletrici raggiungono un peso elevato: si calcola, in media, che in un soggetto di 70 kg il peso dei muscoli è di circa 30 kg. Lo studio dell’apparato locomotore diventa interessante quando, oltre a conoscere le singole ossa e i singoli muscoli, si riescono a cogliere i grandi rapporti che esistono tra di loro, riconoscendo quindi il complesso e meraviglioso gioco muscolare nelle catene [Mezzogiorno, 1999]. Ciascuna fibra muscolare del muscolo scheletrico è una cellula lunga e cilindrica, con diverse centinaia di nuclei in prossimità della sua superficie. Le fibre muscolari sono disposte parallelamente le une alle altre e sono tenute insieme da un’impalcatura di tessuto connettivo. Il muscolo è avvolto esternamente da una guaina connettivale molto consistente che prende il nome di epimisio; dalla faccia interna di questa guaina si dipartono segmenti che vanno a circondare più fasci di fibre muscolari, costituenti il perimisio; sottili setti più delicati si estendono dal perimisio a circondare le singole fibre muscolari costituendo, infine, l’endomisio, formato da una

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miografia
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modello elettrico
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