Teza Master Diacov Mihail Ibm 171m [310223]

ADNOTARE

la teza de master cu tema “Dispozitiv portabil pentru stimularea tesuturilor nervoase”,

[anonimizat], concluzii, bibliografia din 39 titluri, 1 anexe, 47 [anonimizat] 34 figuri, si 7 formule.

Cuvinte cheie: [anonimizat],durerea,caile de amelionare a durerii,[anonimizat].

Domeniul de cercetare il constituie folosirea celor 2 mecanisme de amelionarea a durerii:teoria portii durerii si teoria eliberarii endorfine care prin stimularea electrica transcutanata contribuie la reducerea semnificativa a durerii acute sau cronice.

Scopul lucrării consta in elaborarea unui dispozitiv de stimulare electrica portabil care ar putea reduce durerea cronica si durerea acuta prin activarea celor 2 mecanisme de amelionare a durerii.

[anonimizat],analiza metodelor de amelionare a durerii, proiectarea a unui dispozitiv de stimulare electrica portabil nou.

[anonimizat] 2 mecanisme de amelionarea a durerii:teoria portii durerii si teoria eliberarii endorfine .

Semnificația teoretică a lucrarii consta in analiza metodelor de amelionare a durerii si elaborarea unui dispozitiv portabil care ar activa aceste metode prin stimulare electrica.

Valoarea aplicativă a lucrării aparitia pe piata dispozitivelor medicale de stimulare a RM a unui dispozitiv portabil nou care ar putea fi accesibil de orice utilizator fara prescriptie medicala si ar avea o contributie semnificativa in reducerea durerii cronice si acute prin activarea celor 2 mecanisme de amelionare a durerii.

SUMMARY

of the master thesis on "Portable device for stimulation of nerve tissue"

[anonimizat], conclusions, bibliography of 39 titles, 1 annex, 47 pages of basic text including 34 figures and 7 formulas.

Keywords: [anonimizat], pain, [anonimizat], TENS.

The field of research: it is determined in use of the two pain relieving mechanisms: [anonimizat].

The scope: consists of developing a portable electric stimulation device that could reduce chronic pain and acute pain by activating the two pain relieving mechanisms.

[anonimizat], [anonimizat] a new portable electric stimulation device.

Novelty and originality is the development of a [anonimizat]: pain portion and endorphin release theories.

The theoretical significance of this work consists in the analysis of methods of pain alleviation and the elaboration of a portable device that would activate these methods with help of electric stimulation

The theoretical significance the appearance of a new portable device on the market of medical devices in Republic of Moldova, that could be accessible to anyone without medical prescription and would make a significant contribution to reduce chronic and acute pain by activating the two pain relieving mechanisms.

INTRODUCERE

Exista foarte multe dovezi ca curentii electrici terapeutici, prescrisi de catre un medic de recuperare, le au asupra organismului uman. Cand este vorba de curentii terapeutici, majoritatea cred ca acestia fac parte dintr-un domeniu al medicinei foarte nou, dar se pare ca aceste remedii au inceput sa fie folosite cu mult timp in urma. Exista informatii ca inca in evul mediu a folosit efectul electric a pestilor electrici pentru a trata paralizarea membrelor, durerile nervoase si reumatice[1].

In a doua jumatate a secolului al XVIII-lea, dupa inventia borcanului Leyden[2] (condensatorul in zilelenoastre) si apoi a celulei galvanice[3], a inceput utilizarea pe scara larga a electricitatii in medicina.

Din moment ce teoria fenomenelor electromagnetice nu a fost inca dezvoltata, electroterapia a fost aplicata experimental. Mai tirziu, in timpul secolului al XIX-lea, dezvoltarea si imbunatatirea metodelor electroterapiei au continuat in paralel cu studiul legilor electromagnetismului si electrofiziologiei .

Dupa ce S. Leduc a descoperit ca anumite substante penetreaza mai bine pielea intacta sub actiunea curentului electric, a fost propusa electroforeza – introducerea medicamentelor in organism prin intermediul curentului electric[4].

Fundamentele metodelor moderne de utilizare a curentilor constanti si alternativi de joasa frecvena au fost dezvoltati in 1835-1855 de catre G. Duchesne, care uneori este numit "parintele electroterapiei".Principalul interes stiintific al lui Duchenne a fost aplicarea medicala a energiei electrice: el trecea curentii electrici prin muschii faciali pentru a studia contractiile musculare, executind sute de experimente a descoperit ca emotia de bucurie este exprimata prin contractia musculara comuna[5].

Dupa inventia lui N. Tesla in 1891 a transformatorului de inalta frecventa J.A. d'Arsonval a propus o metoda de electroterapie, denumita mai tirziu darsonvalizare care consta in expunerii corpului la tensiune inalta alternativa de inalta frecventa (până la 20 kV) si a puterii reduse[6].

In 1905, R. Zeyneck si F. Nagelschmidt au dezvoltat metoda diatermiei – expunerea corpului uman la curti de frecventa inalta tensiune joasa si putere mare[7].

Cu trecerea timpului acest domeniu a evoluat si sa devenit din ce in ce mai complex, descoperindu-se noi tipuri de curenti si efectele lor terapeutice.

In conditiile actuale a societatii apar tot mai des situatii determinate de influenta mai multor factori : sociali,tehnici,naturali în rezultatul carora organismal uman isi pierde capacitatea deplina de funcționare, datorita afectiunilor aparatului locomotor. Prin afectiuni putem sa includem aici dureri cervicale si lombare,nevralgii, dureri posoperatori, sindroame dureroase musculoscheletale: mialgii, miogeloze, tendinite, periartrite, etc.

Inlaturarea eventualelor afectiuni pot avea loc prin mai multe cai, dar cea mai avantajoasa din punct de vedere a sigurantei pentru pacient o constituie actionarea curentilor electrici asupra tesutului afectat cu scopul vindecarii sau al recuperarii anumitor functii pierdute ale organismului. S-a demonstrat ca oasele, cartilajele, ligamentele, tendoanele si diferite celule ale corpului sunt influentate pozitiv de electricitate. Se considera ca, prin stimularea electrica a celulelor, tesuturile afectate pot fi vindecate. Exista mai multe tipuri de electroterapie, utilizate in prezent. Cea mai comuna este, insa, cea transcutanata. Unul dintre avantajele stimularii electrice transcutanate este ca aparatul cu ajutorul caruia poate fi aplicata electroterapia poate fi utilizat la domiciliu (in general pentru durerile de spate sau alte dureri musculare), fapt ce permite bolnavului sa-si trateze problemele, destul de simplu. Frecventa semnalului electric este reglabila, permitand potrivirea intensitatii si timpului tratamentului. Semnalul de frecventa poate fi perceput ore in sir fiind suportabil de catre bolnav, iar disconfortul este redus. Oricum, tratamentul care implica utilizarea de frecvente inalte are o durata destul de scurta de timp.

Tratamentul TENS cu frecventa joasa este mai inconfortabil si poate dura intre 20-30 de minute, dar efectele sale au o persistenta mai lunga in timp.

In Republica Moldova tratamentul cu curentii TENS este destul de dezvoltat. Aproape orice institutie medico-sanitara publica,orice spital sau centru de reabilitare are in incinta sa sectia de fizioproceduri sau reabilitare clinica care are drept scop vindecarea afectiunilor aparatului locomotor cu ajutorul dispozitivelor care livreaza acest tip de curent. De exemplu Institutul Mamei si Copilului are in incinta sa sectia de reabilitare clinica care are o gama larga de dispozitive de electroterapie transcutanata moderne,aici putem prezenta unele din ele cum ar fi:

ARIES S – ofera cele mai frecvente tipuri de curenti.TENS: traditional,acupunctura,intensiv,

asimetric,burst.Intensitatea pina la 140 ma. Mod manual pentru control complet asupra reglajelor parametrilor pentru utilizatorii avansati. Dimensiuni 300x230x110mm, Alimentare 230V, 50-60Hz[8];

ETIUS – o unitate moderna conceputa pentru utilizarea in electroterapia si electrodiagnisticul sistemului muscular si nervos. Unitatea se distinge prin aceea ca incorporeaza doua canale de tratament complet independente. Sunt disponibile toate tipurile de curent. In plus, Etius cuprinde si posibilitati complet noi: aplicare de microcurenti, curenti TENS special conceputi etc. Dimensiuni 300x230x110mm, Alimentare 230V, 50-60Hz[9];

PHYSIOGO 100A – este un aparat de electroterapie modern cu 2 canale de tratament independente. Sunt disponibile toate tipurile de curent.Electrodiagnostic cu prezentare grafica a curbei l / t sau se poate realiza o procedura cu curentii TENS.Dimensiuni 34x28x11-16cm, Alimentare 230V, 50-60Hz[10].

Analizind aceste dispozitive putem constata ca unicul dezavantaj este imobilizarea pacientului atita timp cit dureaza procedura din cauza gabaritorilor mari ale dispozitivelor.De aceea sa decis de a elabora un dispozitiv de electroterapie transcutanata portativ de dimensiuni mici si alimentare de la baterii cu caracteristici asemanatoare dispozitivelor de mai sus care sa permita ca pacientul sa nu fie imobilizat in timpul procedurii.

ELECTROTERAPIA CA METODA DE TRATAMENT PENTRU AMELIORAREA DURERII

Caracteristica electrica a celulei nervoase

Electroterapia este o parte a terapiei cu agenti fizici in care diverse forme ale energiei electromagnetice sunt aplicate extern organismului uman, cu scopul de a limita unele procese fiziologice ,de a intari un raspuns fiziologic mai slab , de a combate durerea . Electroterapia poate fi folosita in scop medical deoarece organismul uman functioneaza in mare parte electric[11].

In activitatea sa organismul uman genereaza o multitudine de semnale electrice,aceste semnale reprezinta rezultatul global al activitatii electrice a celulelor care formeaza un anumit organ sau tesut. Celula vie prezinta unitatea structurala functionala si genetica fundamentala a materiei vii. Diferentierea celulara e data de functiile realizate in organism, astfel exista celulele nervoase, musculare, osoase, conjuctive si altele[11].

Manifestarile electrice ale celulei vii au loc la nivelul membranei celulare deci acestea pot avea loc daca mediul intracelular este separat de mediul extracelular. Membrana celulara este formata dintr-un strat dublu de lipide intrerupti din loc in loc de catre proteine care formeaza niste canalicule permiabile pentru un anumit tip de ioni, canalicule sunt permiabile selectiv la diferite tipuri de ioni Na+,K+[12].

Fig 1.1 Structura membranei celulare [13]

Membrana celulara separa mediul cu compozitii chimice diferite si este polarizata . O anumita distributie electrolitica in mediul itra-extracelular asigura neutralitatea electrica a oricarui compartiment al tesuturilor vii. Numarul anionilor si cationilor e acelasi atit in mediul intracelular cit si extracelular fiind reprezentat de 167 mEg anioni si 167 mEg cationi in mediul intracelular si 154 mEg anioni si 154 mEg cationi in mediul extracelular. Concentratia ionica diferita intre cele doua compartimente (mediul intra-extracelular)creaza un gradient de concentratie intra-extra celular pentru fiecare electrolit imparte si datorita acestui fapt apare tendinta de migrare a ionilor de la concentratii mai mari la concentratii mai mici,migrarea se realizeaza prin ruperea cuplurilor electrice, fenomen ce genereaza curenti electrici care anuleaza starea de neutralitate a celulei[11].

Fig 1.2 Compozitia mediului intracellular si extracelular [14]

Schimburile ionice la nivel de membrane celulara se realizeaza prin 3 mecanisme:

Dispozitive de schimb pe baza de gradient;

Canale transmembranare lente si rapide;

Pompe active de schimb.

Sub aspect electric celula poate avea 3 stari diferite:

Starea de polarizare (starea de repaus);

Starea de depolarizare (contractia sau excitarea fibrei nervoase sau musculare);

Starea de repolarizare (refacerea potentialului de repaus si relaxarea).

Starea de polarizare celulara corespunde repausului cellular si se caracterizeaza electric prin repartitia sarcinilor positive pe suprafata celulei si a sarcinilor negative in interiorul ei. Proteinele si K+ tind sa paraseasca celula iar Na+ tinde sa intre in celula, explorind simultant cu un electrod suprafata celulei si cu alt electrod interiorul acesteia, remarcam aparitia unei diferente de potential in jur de -90 mv numit potential de repaus sau de membrana. In dependent de tipul celulei,potentialul de repaus poate avea valori intre -50-110 mv[11].

Fig 1.3 Potentialul de repaus al celulei [15]

Starea de depolarizare celulara-cind celulei ce se afla in stare de repaus i se aplica un stimul excitator sub aspect electric,aceasta trece de la starea de polarizare in stare de depolarizare,sub influenta stimului se deschid canale rapide pentru ioni de Na+ si acestea invadeaza rapid celula. Cresterea concentratiei de Na+ in celula deplaseaza rapid potentialul de membrana de la -90 mv pina la -60 mv , dupa care are loc declansarea potentialului de actiune ce modifica potentialul de membrane foarte rapid pina la 0 sau +30 mv. Nivelul de -60 mv se considera nivelul de prag[11].

Starea de repolarizare celulara – este etapa de recuperare sau refacere a distributiei ionice si a potentialului electric de repaus,acesta se desfasoara in 3 faze:

repolarizare rapida;

repolarizarea lenta;

repolarizare terminala.

Fig 1.4 Caracteristica electrica a celulei in urma aplicarii stimului din exterior [11]

Potentialul de actiune se transmite prin fibra nervoasa fiind propagat pe distante mari fara atenuare. Depolarizarea locala a membrane celulare genereaza curenti ionici care depolarizeaza membrane celulara in zonele vecine actionind astfel ca stimul de declansare a excitatiei si in aceste zone.

Viteza de propagare este constanta fiind proportional cu diametrul fibrei nervoase.

v=d/t (1.1)

Unde:

v-viteza;

d-distanta;

t-timpul.

Caracteristici stimulelor sunt:

natura stimului(mecanici,fizici,electrici,chimici);

calitatea stimului(durata,timpul de crestere descrestere).

Stimuli electrici au avantaje mai mari fata de celelalte tipuri de stimuli,ele sunt mai usor de sintetizat decit celelalte. Excitabilitatea unui sistem depinde practice doar de intensitatea si durata stimului electric aplicat[16].

Declansarea potentialului de actiune are loc numai atunci cand este indeplinita relatia de dependenta hiperbolica intre intensitatea (I) si durata (t) a stimulului laminar. Relatia este data de legea empirica Weiss-Lapicque:

I= (1.2)

unde a si b sunt constante ce depind de pragul de excitabilitate al sistemului.

Reprezentarea grafica a legii Weiss-Lapicque este ilustrata in figura 1.5

Pentru t=∞ avem:

I = b = R (1.3)

Constanta b este un parametru caracteristic al sistemului excitabil si poarta numele de reobaza (R).

Fig 1.5 Intensitatea I in functie de durata t a stimulului laminar[16]

Reobaza reprezinta intensitatea minima a unui stimul cu durata infinita, care provoaca un raspuns din partea sistemului excitabil.

Se defineste timpul util (tu) – ca fiind durata minima de actiune a unui stimul corespunzator unei intensitati laminare egale cu reobaza. Deoarece, timpul util nu poate fi masurat cu precizie, ca parametru de referinta pentru timp se utilizeaza cronaxia (C). Ea reprezinta durata minima a unui stimul cu intensitatea egala cu dublul reobazei (I = 2R), care provoaca excitarea sistemului.

In concluzie, reobaza si cronaxia, parametrii masurabili experimental, caracterizeaza excitabilitatea sistemului[16].

Efectele curentului electric asupra corpului uman

Efectele curentului electric asupra corpului uman pot fi impartite in 3 categorii:

Efecte electrochimice-costa in descompunerea unor lichide organice in ioni pozitivi si

negativi. Aceste efecte predomina la actiunea curentului electric continuu cu frecventa 0. Asa proces mai poarta denumirea de electroliza.

Efecte termice –se manifesta prin incalzirea unor parti ale corpului si organelor

interne, predomina la curenti si cimpuri electromagnetice de frecvente foarte inalte de ordinul mhz.

Efecte biologice-constau in iritabilitatea si excitabilitatea celulelor vitale ale organismului ceea

ce poate provoca contractarea convulsiva si involuntara a muschilor ,predomina la curent alternativ unde frecventa este joasa(50 mhz), semnal alternativ de frecventa joasa joaca rolul de stimulare electrica repetata ceea ce aduce la contractia repetata a muschilor aflati sub actiunea curentului electric. Aceste efecte biologice sunt considerate cele mai periculoase deoarece actionind asupra inimii in perioada de vulnirabilitate maxima unde unda T al semnalului ECG poate duce la fibrilatia ventriculara[11].

Modul in care curentii electrici terapeutici se raspandesc in organism are urmatoarele caracteristici:

indiferent de locul unde sant amplasati electrozii , liniile de forta ale curentului seraspandesc in tot corpul , cantitatea cea mai mare trecand insa pe zonele ce opun rezistenta cea mai mica

pe regiunea cuprinsa intre electrozi , intensitatea curentului nu este egala , ci proportionala cu conductibilitatea electrica a tesuturilor ;

cu cat un segment este situat mai departe de electrozi , intensitatea curentului ajuns la el este mai mica , un tesut nu este un conductor uniform , deoarece membrana celulara si spatiile intercelulare opun rezistente diferite trecerii curentului electric;

conductibilitatea electrica a unui tesut este direct proportionala cu continutul lui in apa . Din acest punct de vedere lichidul cefalorahidian , limfa , secretia biliara , sangele sant cele mai bune conducatoare de electricitate,rau conducatoare sint tesutul gras si cel osos.

Curentii electrici penetreaza in mod diferentiat tesuturile in fuctie de tipul curentului, curentul galvanic si curentul alternativ de joasa frecventa se raspandesc exclusiv in spatiul intercelular, deoarece membrana celulara le opune rezistenta, curentul alternativ de inalta frecventa nu intampina rezistenta din partea membranelor celulare[17].

Durerea.Transmiterea excitatiei dureroase

Durerea este o senzatie neplacuta care poate fi asociata cu alterari tisulare actuale sau potentiale si care include si o componenta emotionala (Merskey, 1979). Durerea este o senzatie resimtita ca un raspuns al creierului la modificarile electrice (neurale) si chimice (hormonale) din corp, aparute in urma unor procese patologice[18].

Excitantii generatori de durere se numesc excitanti algogeni, iar excitatiile produse se numesc excitatii algice. Zona unde se concentreaza mai multe excitatii dureroase se numeste focar algogen. Receptorii durerii (nociceptori, algoceptori) nu sunt specifici, ci sunt reprezentati de terminatiile nervoase libere (dendrite) ale neuronilor cu pericarion localizat in ganglionii spinali si ai caror axoni se termina in coarnele dorsale ale maduvei spinarii. Receptorii pentru durere sunt receptori mecanici, termici sau chimici si sunt localizati in majoritatea tesuturilor cu exceptia tesutului hepatic, splenic, renal si cerebral (exista doar in capsula).

Mult timp s-a crezut ca durerea este produsa prin suprastimularea nociceptorilor, dar se pare ca aceasta este dependenta de locul stimularii si de tipul fibrelor prin care aceasta se transmite. Astfel, s-a evidentiat ca nociceptorii au pe suprafata lor numerosi receptori care moduleaza sensibilitatea la stimuli, cum sunt receptorii pentru: gama-aminobutiric GABA, opioide, bradikinina, histamina, serotonina etc., dar rolul lor este inca incomplet elucidat. Un aspect interesant este acela ca majoritatea nociceptorilor sunt inactivi, in asteptare (inflamatia sensibilizeaza un numar mare de receptori, transformandu-i in receptori mai sensibili la stimulare)[19].

Calitatea perceptiei dureroase depinde de repartitia excitatiei in populatia totala a receptorilor, iar intensitatea durerii depinde de numarul de nociceptori activati.

Calea aferenta a durerii cuprinde:

neuronul senzitiv din ganglionul spinal dorsal sau omologul sau din nervii cranieni;

deutoneuronul senzitiv din cornul dorsal medular (axonii acestora formeaza – dupa incrucisare in maduva – fasciculul spino-talamic lateral, care se termina in talamus);

neuronii talamocorticali.

Caile aferente sunt alcatuite din 2 tipuri de fibre:

tip A, mielinizate (a, b, g, d) cu viteza de conducere 6-30 m/s, pentru durere primara, rapida, cu latenta scurta, acuta, ascutita, bine localizata si care dispare repede Acest tip de durere declanseaza reflexe locale de aparare de tip simpatic si reflexe de retragere. Ex.: durerea mecanica (inteparea degetului cu un ac), termica.

tip C, nemielinizate, cu viteza de conducere 0,5-2 m/s, pentru durere secundara, cronica, localizata difuz, persistenta, intarziata, insotita de reactii vagale (vasodilatatie, edem, sensibilizarea terminatiilor nervoase), cu imobilizarea zonei afectate. Ex.: durerea la distanta dupa lovirea unui deget, durerea de natura chimica.

Mai exista fibrele de tip B, vegetative, preganglionare, slab mielinizate, cu viteza de conducere 3-15 m/s, pentru durere secundara somatica, greu de localizat, caracteristica fiecarui organ in parte. Ex.: suferinta coronariana este resimtita de-a lungul nervului cubital.

Impulsul este transmis prin caile spino-talamica (rapida, precisa) si spino-reticulata (lenta, difuza) catre substanta reticulata si talamus, de unde ajunge in ariile somatosenzitive corticale. In creier durerea se transforma din senzatie in suferinta (teama, furie, iritare) si este integrata emotional.

Neurotransmitatorii excitatori sunt: glutamatul si tahikininele (substanta P, neurokininele A si B). Neurotransmitatorii inhibitori sunt reprezentati la nivelul maduvei spinarii si al sistemului nervos central de catre acidul gama-aminobutiric (GABA). GABA mediaza controlul „portii” in cornul dorsal prin sinapse cu neuronii care contin substanta P.

Neurotransmitatorii implicati in reglarea descendenta a durerii sunt noradrenalina si serotonina, dar si opioidele. Noradrenalina si serotonina inhiba stimulii care sosesc catre creier, iar opiaceele elibereaza GABA (inhibitor al „portii”)[20].

Fig 1.6 Transmiterea excitatiei in urma leziunii pielei de catre neurotransmittori catre fibra

nervoasa[19]

1.4. Mecanismele de amelionare a durerii

Teoria portii durerii

Melzack si Wall (1965) au elaborat teoria portii cu privire la mecanismul de transmitere a durerii. Conform acestei teorii in fiecare corn dorsal medular exista un mecanism de tip poarta, prin care se inhiba sau se faciliteaza fluxul impulsurilor aferente prin maduva, inainte de a se genera senzatia de durere si raspunsul specific la nivel central[21].

Conform teoriei, deschiderea sau inchiderea portii (transmiterea sau nu a informatiei dureroase) este dependenta de activarea fibrelor de diametru mare, care nu transmit durerea, Aβ (presiune, stimuli termici, tactili si electrici, proprioceptie) sau a celor de diametru mic, care transmit durerea, Aδ si C si este mediata prin neuronii intercalari din substanta gelatinoasa. Hiperactivarea fibrelor de diametru mare este responsabila de inchiderea portii (stoparea transmiterii prin activarea neuronilor intercalari), iar cea a fibrelor de diametru mic este responsabila de deschiderea portii (facilitarea transmiterii prin inhibarea neuronilor intercalari). Astfel, accesul la sistemul nervos central este reglat prin intermediul acestei porti, care este deschisa de impulsuri dureroase si inchisa de stimuli slabi, de alta natura (frecare, masaj, stimulare electrica usoara)[21].

Astfel stimuland cu impulsuri electrice ( de joasa sau medie frecventa ) fibrele Aβ impulsurile lor ajung rapid la neuronii intermediari din cornul posterior medular care blocheaza transmisia mai departe a senzatiilor dureroase ce vin prin fibre Aδ si C[21].

Fig 1.7 Dirijarea inchiderii sau deschiderii portii durerii cu ajutorul stimularii fibrelor Aβ [19]

Teoria eliberarii de endorfine

Eriksson si Sjolund au elaborat teoria eliberarii endorfine prin care inchiderea portii se poate realiza si prin impulsurile pornite din sistemul nervos central (zona ventriculului III), care produc analgezie (lipsa durerii) prin activarea cailor descendente care inhiba, direct si indirect, nociceptia in maduva spinarii[22].

Acest fenomen se realizeaza in mare parte prin eliberarea de neuromodulatori endogeni – serotonina, noradrenalina sau de tip opiaceu (endorfine, enkefaline), care inhiba eliberarea de substanta P (neurotransmitator al cailor ascendente) sau blocheaza transmiterea ascendenta a impulsului prin activarea unor interneuroni spinali inhibitori sau in mod direct.Sistemul nervos central poate fi stimulat sa produca endorfine prin aplicatiile de TENS “tip acupunctura” ( cu frecventa redusa )[23].

Dupa Sjolund si Eriksson endorfinele sunt eliberate numai la o freventa de 6÷10 Hz a curentului TENS si cu o intensitate ce produce contractii musculare nedureroase[22].

O alta teorie care explica actiunea antialgica a curentului TENS este prezentata de Howson . Acesta a facut curbele intensitate durata stimuland fibre nervoase tip Aα ( motorii , mielinice , rapide ), Aδ si C [24].

Se observa ca impulsuri cu durate foarte mici ( mai mici de 200 ms ) pot stimula fibrele nervoase motorii si senzitive fara a stimula fibrele lente, amielinice, dureroase.

Fig 1.8 Caracteristica stimularii fibrelor nervoase cu ajutorul curbei intensitatea durata [17]

Tipuri de durere

In functie de evolutie, durerea poate fi acuta sau cronica.

Durerea acuta (fibre Aδ) este o durere de scurta durata, cu localizare precisa si a carei sursa este usor de identificat. Adesea este urmata rapid de durere surda si continua in zonele invecinate. Durerea acuta se intinde pe o durata variabila de timp, de la cateva ore la cateva zile si. este favorabila organismului, reprezentand un semnal de alarma cu privire la prezenta unei leziuni tisulare sau a unei boli. Durerea acuta reactioneaza bine la medicatie.

Durerea cronica a fost mult timp definita ca durere ce persista mai mult de 6 saptamani, dar recent aceasta definitie a fost modificata astfel: durerea cronica este acea durere care persista mai mult timp decat este normal, asociata cu un anumit tip de afectiune. Durerea cronica poate fi constanta sau intermitenta, usoara sau intensa. Acest tip de durere nu ajuta organismul sa previna injuria, motiv pentru care este necesara interventia medicului. Tratarea durerii cronice este de multe ori mult mai dificila decat a durerii acute.

Durerea cronica se datoreaza sistemului nervos, care scurt-circuiteaza si modifica traseele fiziologice, ascunzand astfel cauza sau mecanismul initial. Este generata de afectarea nervilor (durere neuropatica), de boli ca diabet sau de unele traumatisme cum ar fi amputarea. Durerea cronica implica reactii emotionale si psihologice care determina modificari comportamentale (tristete, furie, depresie), alterari hormonale si metabolice, alterarea mediatorilor chimici ai durerii la nivel central, supresarea raspunsului imun etc.

In functie de originea semnalului algogen exista mai multe tipuri de durere, astfel avem durerea: viscerala, somatica, neuropatica.

Durerea somatica include durerea cutanata si durerea musculoscheletala.

Durerea cutanata (durere somatica superficiala) este cauzata de afectarea pielii sau a tesuturilor superficiale. Receptorii cutanati sunt localizati imediat sub piele si, in functie de densitatea acestora, produc durere rapida, bine definita, localizata. Ex.: taieturi, arsura de gradul I, rani anfractuoase (sfasiate, neregulate).

Durerea somatica (durere somatica profunda) are originea in periost, ligamente, capsule articulare, tendoane, muschi, vase de sange sau chiar nervii insisi.

Durerea viscerala se refera la durerea care are ca punct de pornire organele interne. Nociceptorii viscerali sunt localizati in organele si cavitatile interne si, desi sunt mult mai slab reprezentati decat cei somatici, induc durere surda, difuza si de mai lunga durata comparativ cu durerea somatica. Durerea viscerala este dificil de localizat si se produce consecutiv infiltratiei, compresiunii, extensiei, dilatarii sau intinderii organului intern.

Durerea viscerala isi are originea in anexe (stroma, capsula) si nu in parenchim, deoarece acesta nu receptioneaza excitatiile algice. Aceasta durere este adesea resimtita intr-un teritoriu aflat la distanta si fara legatura cu leziunea primara – durere referita. Ex.: ischemia miocardului se asociaza cu durere in partea superioara a pieptului (arie restransa) sau cu durere in umarul, bratul sau mana de pe partea stanga a corpului (arie extinsa).

Durerea neuropatica este cauzata de lezarea sau imbolnavirea sistemului nervos. In urma afectarii sistemului nervos se deregleaza capacitatea nervilor senzitivi de a transmite informatii corecte catre talamus, astfel incat creierul interpreteaza stimulii ca fiind stimuli durerosi, chiar daca nu exista factorii fiziologici specifici pentru producerea durerii. Daca pe traiectul unui nerv se produc presiuni (edem, tumori), acesta poate transmite impulsuri fara a fi activat de catre receptori. Daca nervul este lezat, acesta poate trimite impulsuri fara a fi activat sau poate duce la destabilizarea neuronilor spinali, care vor transmite impulsuri in lipsa activarii de la periferie (durere fantoma).nervoase din aceste tesuturi determina durere surda, greu de localizat si de durata, comparativ cu durerea cutanata. Ex.: luxatii, entorse, fracturi.

1.5. Stimularea electrica transcutanata TENS

TENS – reprezinta acronimul ”Transcutaneos Electrical Nerve Stimulation” si include curenti de joasa frecventa ( intre 6-200 Hz ) , cu impulsuri cu durata cuprinsa intre 50-200 ms , folositi pentru controlul durerii. Forma impulsului este rectangulara ( sau aproape rectangulara ).

Fig 1.9 Forma rectangulara a impulsului TENS

TENS actioneaza prin blocarea semnalelor care strabat nervii. Mesajele nervoase sunt de natura electrica si curentul electric care provine de la unitatea TENS perturba semnalul neurologic.

Un alt beneficiu al folosirii unitatii TENS, este ca electricitatea stimuleaza eliberarea de endorfine care sunt calmante naturale produse de organism[25].

Echipamentele moderne utilizate permit obtinerea unei forme dreptunghiulare a impulsurilor , permit acoperirea unui domeniu mai larg de reglare a frecventei , duratei si amplitudinii impulsurilor , cat si dimensiuni de gabarit reduse.

TENS este o metoda de stimulare electrica care urmareste in primul rind sa asigure un grad de ameliorare a durerii simptomatice prin excitarea nervilor senzitivi si prin aceasta stimulind acomodarea la durere .Eficacitatea TENS variaza în functie de durerea clinica tratata, dar cercetarile ar sugera ca atunci cind se utilizează aceasta metoda "corect", ea ofera o reducere semnificativa a durerii decit o intervenție placebo[26].

Exista o baza extensiva de cercetare pentru curentul TENS in ambele domenii clinice si de laborator Este de remarcat faptul ca termenul TENS ar putea reprezenta utilizarea stimulatorului electric folosind electrozi pe suprafata a pielii, care are intentia de a stimula nervii. In contextul clinic, cel mai frecvent se presupune ca se refera la utilizarea stimularii electrice cu intentia de a asigura ameliorarea durerii simptomatice[25].

Este interesant faptul ca in practica terapeutica, majoritatea medicilor considera TENS ca optiunea de tratament în situatiile in care un pacient sufera de dureri cronice deoarece exista o baza semnificativa de dovezi care sa sustina acest mod de aplicare. Cu toate acestea, exista un numar semnificativ si tot mai mare de dovezi care sustin utilizarea TENS ca o metoda eficienta pentru o stare de durere acuta.Astfel putem spune ca aceasta metoda de tratament este eficienta pentru ambele tipuri de dureri[27].

TENS ca tehnica de tratament este neinvaziva si are putine efecte secundare in comparatie cu terapia medicamentoasa. Cel mai obisnuit efect negativ este o reactie cutanata de tip alergic (aproximativ 2-3% din pacienti) si acest lucru este aproape întotdeauna datorat materialului electrozilor, gelului conductiv sau benzii folosite pentru a tine electrozi in loc. Cele mai multe aplicatii TENS sunt acum realizate cu ajutorul unor electrozi adezivi, care au mai multe avantaje, printre care: riscul redus de infectie , usurinta aplicarii, ratele de incidenta alergica mai scazute si costul mai scazut.

1.6. Mecanismul de actiune TENS

Tipul de stimulare furnizat de unitatea TENS urmareste sa stimuleze nervii senzoriali si, prin aceasta, sa activeze anumite mecanisme naturale de ameliorare a durerii. Exista doua mecanisme principale de ameliorare a durerii care pot fi activate: Mecanismul portii durerii si mecanismul eliberarii endorfine.

Amelionarea durerii prin intermediul mecanismului portii durerei implica activarea (excitatia) fibrelor senzoriale A beta (Aβ) si prin aceasta reduce transmiterea stimulului nociv din fibrele C, prin maduva spinarii si, prin urmare, la centrele superioare. Fibrele Aβ par sa aprecieze ca sunt stimulate la o rata relativ ridicata (in ordinea 80 – 130 Hz). Este dificil de gasit o singura frecventa care sa fie compatibila pentru fiecare pacient, dar acest interval pare sa acopere majoritatea pacientilor. Din punct de vedere clinic, este important sa se permita pacientilor sa-si gaseasca frecventa optima de tratament – ceea ce va fi diferit la fiecare pacient in parte. Setarea dispozitivului la frecventa optima pacientului este aproape sigur ca nu va fi tratamentul maxim eficient, desi, bineinteles, se poate obtine o amelionare usuara a durerii[29].

O abordare alternativa este de a stimula fibrele A delta (Aδ) care raspund preferential la o rata de stimulare mult mai mica (in ordinea 6 – 9 Hz, desi unii autori considera o gama mai larga de 6 – 20 Hz), ceea ce va activa mecanismul eliberarii endorfine si va oferi ameliorarea durerii prin provocarea eliberarii unui hormon endogen (endorfina) care va reduce activarea cailor senzoriale nocive. În mod similar cu fiziologia poarta durerii, este putin probabil ca in aceasta gama sa existe o frecventa unica care sa functioneze cel mai bine pentru toata categoria de pacienti[28].

O a treia posibilitate este de a stimula ambele tipuri de nervi in acelasi timp prin utilizarea unei stimulatii in modul de explozie. În acest caz, iesirea de stimulare cu frecventa mai mare (in mod obisnuit, la aproximativ 100 Hz) este intrerupta (sau explodata) la o viteza de aproximativ 6 – 7 explozii pe secunda. Cand dispozitivul este pornit, acesta va furniza impulsuri la rata de 100 Hz, activind astfel fibrele Aβ si mecanismul portii durerii, dar datorita ratei izbucnirii, fiecare explozie va produce excitatie in fibrele Aδ, stimulind astfel mecanismele sistemului opioid. Pentru unii pacienti, aceasta este cea mai eficienta abordare a ameliorării durerii, desi ca senzatie, numerosi pacienti considera ca este mai putin acceptabila decit alte forme de TENS, deoarece exista de mai multe ori senzatii de zgiriere prin miscari musculare decit numai prin modurile de frecventa inalta sau joasa[30].

Curentul TENS se clasifica in functie de frecventa si durata impulsului,astfel avem:

TENS conventional (frecventa inalta , durata redusa );

TENS tip acupunctura ( frecventa redusa , durata crescuta );

Scurt TENS intensiv (frecventa ridicata, durata crescuta ).

TENS conventional

Fig 1.10 Stimularea TENS convenfional (frecventa cuprinsa intre 80 – 130 Hz) [30]

De obicei, se foloseste stimularea la o frecventa relativ ridicata (80 – 130 Hz) si se folosesc impulsuri relativ inguste (de durata scurta), asa cum s-a mentionat mai sus, exista mai putin sprijin pentru manipularea latimii pulsului in literatura de cercetare actuala. Majoritatea pacientilor par sa obtina cel mai bun efect de ameliorare a durerii la aproximativ 200 de microsecunde. Stimularea este livrata la intensitate comfortabila. 30 de minute este probabil timpul minim eficient, dar poate fi livrat atita timp cit este necesar. Principala usurare a durerii se realizeaza in timpul stimularii, cu un efect limitat de "transfer" – adica ameliorarea durerii continua dupa ce tratamentul s-a finisat.

TENS conventional caracteristici generale:

are frecventa cuprinsa intre 50÷100 Hz;

durata impulsurilor este < 150 ms;

durata de aplica a procedurii poate fi foarte lunga ( chiar ore ! );

la aplicare se creste intensitatea pana se obtine senzatia de furnicatura placuta;

nu trebuie sa se obtina contractie musculara;

daca apar contractii musculare la aplicare intensitatea musculara este preamare;

daca apare fenomenul de acomodare si dispare senzatia de furnicatura se vacreste usor intensitatea curentului.

Se foloseste eficient pentru tratarea durerilor postoperatorii sau postcicatriciale , durerilor dupa leziuni nervoase , nevralgii , neuropatii de incarcerare , dureri cauzate de “membrul fantoma” [31].

TENS acupunctura

Fig 1.11 Stimularea TENS acupunctura (frecventa cuprinsa intre 6-8 Hz) [30]

Utilizeaza o stimulare cu o frecventa mai mica (6-8Hz) dar cu durata impulsurilor ridicata (200-250ms). Intensitatea utilizata va trebui, de obicei, sa fie mai mare decit cea a TENS conventional. Asa cum a fost anterior, va fi nevoie de aproximativ 30 de minute de actionare cu asa doza minima eficienta. Este nevoie de ceva timp ca mecanismul eliberarii endorfine se dezvolte cu acest tip de TENS si, prin urmare, declansarea ameliorarii durerii poate fi mai lenta decit in modul traditional. Odata ce a fost eliberat suficienta endorfina, acesta va continua sa actioneze dupa incetarea stimularii. Multi pacienti afirma ca stimularea la aceasta frecventa joasa la citeva intervale de-a lungul zilei este o strategie eficienta. Acest efect poate dura citeva ore, desi durata acestei transmiterii va varia intre pacienti.

TENS tip acupunctura caracteristtici generale:

se aplica de obicei daca nu avem rezultat cu TENS conventional;

este eficient pentru reducerea durerilor cronice;

frecventa impulsurilor este de 6÷9 Hz;

durata impulsurilor este de 150÷200 ms;

in timpul aplicatiei pot apare contractii musculare puternice;

efectul terapeutic apare mai lent dar este mai durabil ca la TENs conventional;

se aplica pe durata mai scurta max. 30÷40 min , pentru ca apare oboseala musculara.

Acest tip de TENS isi exercita efectul antialgic prin eliberarea de endorfine la nivel spinal si supraspinal [30].

Scurt TENS intensiv

Acesta este un mod TENS care poate fi folosit pentru a obtine o ameliorare rapida a durerii, dar unii pacienti pot găsi intensitatea stimulării prea intensiva si nu o vor rezista pe o perioada suficienta pentru a face tratamentul util. Frecventa pulsului aplicata este ridicata (in banda 80-130Hz), iar durata pulsului (latimea) este de asemenea ridicata (200ms plus). Curentul este livrat la, sau aproape de nivelul de toleranta pentru pacient. in acest fel, furnizarea de energie catre pacienti este relativ mare in comparatie cu celelalte abordari. Se sugereaza 15 – 30 de minute de stimulare la acest nivel [30].

Fig 1.12 Stimularea Scurt TENS intens (frecventa cuprinsa intre 80-130Hz,durata 200ms) [30]

TENS contraindicatii:

Zonele tegumentare lezate ( dermatoze , plagi , infectii , etc );

Uterul gravid;

Aplicare transtoracica sau pe partea anterioara a gatului;

Prezenta pacemakerului sau a altor stimulatoare electrice;

Tumori maligne sau zone cutanate supuse iradierii;

Implante metalice ;

Tulburari circulatorii.

TENS Indicatii terapeutice:

Dureri postoperatorii;

Dismenoree;

Sindroame dureroase musculoscheletale : mialgii , miogeloze , tendinite ,periartrite;

Durere lombara joasa si cervicalgii de tip degenerativ artrozic si discal;

Nevralgii;

Boala artrozica cu diverse localizari;

Algoneurodistrofia;

Sechele algice dupa hernie de disc lombara si cervicala operata;

Dureri tip “membru fantoma” dupa amputatie.

1.7. TENS pozitionarea electrozilor

In procedura cu curentul TENS se folososec 3 tipuri de electrozi:

Autoadezivi;

placute de metal ( plumb );

cauciuc electroconductor .

Electrozii sunt aplicati pe piele prin intermediul unui mediu de cuplare electroconductor care poate fi :

gel ( electrozi autoadezivi –de unica folosinta );

material textil umezit;

burete umezit.

Electrozii trebuie curatati si dezinfectati dupa fiecare utilizare ; altfel ei pot transmite infectii de la un pacient la altul . Gelul electroconductor contine : apa , saruri ( NaCl , KCl ), un material surfactant si subst. bactericide si fungicide .

Marime electrozilor se alege in functie de scopul tratamentului electric si de marimea zonei de tratament,electrozii mari permit lucrul cu densitati de curent mai reduse iar electrozii mici cu densitati de curent mai inalte :

I ( intensitate ) / S(suprafata ) =mA/cm2 (1.4)

Daca electrozii au marimi diferite electrodul mai mic are o densitate de current mai mare si este “electrodul activ ”. Electrodul mai mare este „electrodul indiferent” . Electrodul mai mic permite „concentrarea” curentului .

Electrozii utilizati pentru tratamentul TENS sunt confectionati din placi metalice ( plumb ) , au forme si dimensiuni diferite in functie de regiunea pe care se aplica si de efectele urmarite . Cel mai adesea se folosesc placi dreptunghiulare de marime egala sau diferita intre ele de 6/8, 8/10, 10/15 cm . Electrozii se aplica ferm pe tegument prin intermediul unor anvelisuri hidrofile din tifon ambibate an solutii fiziologice sau apa simpla . Daca se urmareste obtinerea unui efect analgetic , electrodul activ este cel pozitiv , iar daca se urmareste obtinerea unui efect excitant , electrodul activ este cel negativ .

Se utilizeaza doua modalitati de asezare a electrozilor :

transversal , de oparte si de alta a regiunii afectate pe care o incadreaza astfel fata in fata (umar, glezna , genunchi ) ;

longitudinal , cu electrozii plasati la distanta , la extremitatile segmentului tratat ( brat , gamba , membru inferior ) .

Intensitatea curentului aplicat se dozeaza de la potentiometru in functie de toleranta individului si de toleranta la locul de aplicare , senzatia corecta fiind cea de furnicatura placuta . Aceasta corespunde unei intensitati a curentului de 0,1-0,2 mA pe cm2 de electrod . Durata tratamentului trebuie sa fie suficient de lunga , in general 20-30 minute .Numarul sedintelor necesare este de 8-10 in formele acute si 12-15 sau mai mult in cele cronice . Pacientul trebuie avizat in prealabil asupra senzatiei pe care o va simti .Pacientul va fi asezat pe canapeaua de tratament in pozitiile cele mai antalgice in functie de zona de tratament . Ca incidente posibile mentionam arsurile tegumentare . Acestea se pot produce la pacienti cu afectare a sensibilitatii cutanate [17].

La trecerea curentului continuu cu impulsuri , apa din anvelisurile hidrofile disociaza in H+ si OH-. Pe tegument se gasesc in mod obisnuit ioni paraziti (Na, Cl, K) care se combina cu H+ si OH- rezultand acidul sau baza respectiva , cu producere de arsura tegumentara . Pentru prevenire se folosesc solutii de protectie cu urmatoarele formule : Pentru polul pozitiv : NaCl 5g , NaOH 1g , Apa distilata ad. 1000 ml ( pentru neutralizarea HCl ) Pentru polul negativ : NaCl 6g, HCl diluat 6,5g, Apa distilata ad. 1000 ml ( pentru neutralizarea NaOH ) Potentiometrul aparatului de la care se regleaza intensitatea curentului electric se manevreaza foarte incet deoarece in caz contrar pot apare contractii musculare dureroase la variatia rapida a intensitatii [17].

Fig 1.13.Pozitionarea electrozilor [17]

1.8. TENS – tehnica de aplicare

Procedura TENS se aplica in felul urmator:

Pacientul este posturat si regiunea de tratat expusa ;

Se verifica integritatea cutanata si prezenta sensibilitatii cutanate local;

Se fixeaza parametrii curentului de aplicat la aparat :

1. pentru durere severa se folosesc : – pulsuri cu durata mai mare

– frecvente mai inalte

– intensitati mai mari ale curentului

2. pentru durere medie sau usoara : – pulsuri cu durata mica

– frecvente atat inalte cat si joase

– intensitate mai mica

Se testeaza functionarea aparatului de catre terapeut;

Se fixeaza electrozii pe pacient :

1. de unica folosinta ( self adeziv ) – cei mai siguri

2. electrozi tip vacuum

Electrozii se plaseaza cat mai aproape de zona dureroasa ( unul dintre ei ) iar celalalt in acelasi dermatom sau pe trunchiul nervos al nervului aferent;

Se poate plasa un electrod pe zona dureroasa si unul paraspinal, pe zona spinala corespunzatoare;

Se pot plasa si 2 electrozi paraspinal pe partea afectata la nervul spinal respectiv;

Se poate exercita o pozitionare cat mai eficace a electrozilor;

Nu se plaseaza electrozii pe zone cu tulburari de sensibilitate tactila;

Marimea electrozilor trebuie sa fie mare :

1. pentru a evita densitati de curent crescute , cu risc de arsuri

2. pentru a asigura o stimulare eficienta

La sfirsitul procedurii se opreste aparatul , se inspecteaza tegumentul pentru a sesiza eventualele leziuni cutanate , apoi se curata si dezinfecteaza electrozii;

Durata terapiei este ghidata de rezultatele clinice obtinute.

Elaborarea dispozitivului de stimulare TENS

Descrierea dispozitivului

TENS este metoda cel mai frecvent utilizata in dispozitivele de electroterapie.Aceste dispositive pot fi achizitionate in multe tari. In unele locatii, acestia trebuie sa fie prescrise de un terapeut, un medic sau alt practician din domeniul snatatii.

Dispozitivele digitale TENS sunt disponibile pe scara larga si apar noi caracteristici suplimentare (cum ar fi setarea automata a frecventelor și metode mai complexe de stimulare). Unele dintre aceste dispozitive ofera setari de programare,pre-programate si / sau automate. Unicul dezavantaj al acestor dispozitive este imobilizarea pacientului in timpul procedurii,Astfel s-a decis de a elabora un dispozitiv portativ care ar permite pacientului libertatea miscarii in timpul procedurii dar sa nu scada din performantele dispozitivelor stationare.

In continuare vor fi evidentiate parametrii principali de tratament disponibile de dispozitiele moderne care vor fi inglobate si in dispozitivul dat.

Intensitatea curentului (A) va fi modulata in intervalul 0 – 80 mA, desi unele dispozitive pot furniza la iesire pina la 100 mA. Desi acesta este un curent mic, el este suficient pentru a stimula nervii senzoriali si atita timp cit este trecut suficient curent prin tesuturi pentru depolarizarea acestor nervi, acest current poate fi eficient.

Dispozitivul va furniza impulsuri discrete de energie electrica si rata de livrare a acestor impulsuri (frecventa pulsului) va fi în mod normal variabila de la aproximativ 6 sau 7 impulsuri pe secunda pina la 200 sau 250 impulsuri.Pentru a fi eficient din punct de vedere clinic, se recomanda ca dispozitivul TENS sa acopere o gama de aproximativ 6 – 200 Hz.

Pe linga viteza de stimulare, durata (sau latimea) fiecarui puls poate varia de la aproximativ 40 la 250 de micro secunde (ms). Dovezi recente ar sugera ca cea mai eficienta setare in mediul clinic este probabil in jur de 200ms.

Motivul pentru care astfel de impulsuri de durata scurta pot fi utilizate ,este ca nervii senzoriali tind sa aiba praguri de excitatie relativ scazute (adica sunt destul de usor de excitat) si vor raspunde la o schimbare rapida a starii electrice . In general, nu este nevoie sa se aplice un impuls prelungit pentru a forta un nerv senzorial sa se depolarizeze, deci stimularea pentru mai putin de o milisecunda este suficienta.Impulsurile furnizate de stimulatorul TENS variaza , dar tind sa fie asimetrice si de o forma rectangulara.

Deci dispozitivul dat va avea urmatoarele caracteristici:

Intensitatea curentului variabila in diapazonul: 0-80 mA;

Frecventa semnalului rectangular variabila in diapazonul: 6-200 Hz;

Durata impulsului variabila in diapazonul: 0-250 ms.

Schema bloc a dispozitivului de stimulare TENS

Ca dispozitivul dat sa fie portativ si simplu de utilizat, el trebuie sa contina minimum de componente cu dimensiuni relativ mici.

Dispozitivul dat este alcatuit din mai multe componente electronice:

Fig 2.1 Schema bloc a dispozitivului

Componentele schemei electrice:

Microcontroler Atmega 32;

Afisor de 7 segmente;

Butoanele de comanda;

Sursa de alimentare;

Amplificator DC-DC;

Voltmetru-amperimetru;

Driver L293D.

Componentele dispozitivului de stimulare TENS

Microcontrolerul Atmega32 reprezinta inima circuitului electronic destinat pentru generarea semnalului rectangular care este modulat in timp,amplitudine si frecventa cu ajutorul butoatelor de comanda,iar informatia despre parametrii undei este transmisa prin intermediul microcontrolerului pe afisor de 7 segmente.

Atmega32 este un microcontroler RISC pe 8 biti realizat de firma Atmel.

Caracteristicile principale ale acestuia sunt:

32 KB de memorie flash reinscripribilă pentru stocarea codului ;

2 KB de memorie SRAM ;

1 KB de memorie EEPROM ;

două numărătoare/temporizatoare de 8 biți ;

un numărător/temporizator de 16 biti ;

contine un convertor analog-digital cu intrări multiple ;

contine un comparator analogic ;

contine un modul USART pentru comunicatie seriala;

dispune de oscilator intern ;

ofera 32 de pini I/O organizate in 4 porturi ;

unitatea aritmetică și logica (ALU);

registrele generale;

memorial RAM si memoria EEPROM;

liniile de intrare (porturile – I/O lines) și celelalte blocuri de intrare / ieșire .

Figura 2.2 Microcontroler Atmega 32 [32]

Afisor de 7 segmente –afiseaza informatia necesara despre parametrii undei generate de catre microcontroller.

Afisorul de sapte segmente (de asemenea denumit, afisaj LED cu 7 segmente) este o modalitate de a reprezenta numere in sisteme electronice . Acesta este compus din sapte segmente care pot fi activate sau dezactivate individual. Fiecare segment are forma unei linii scurte. Se poate compara cu scrierea de numere cu ajutorul betelor de chibrit.

Fiecare dintre segmentele care formeaza afisare sunt numite a, b, c, d, e, f și g sunt asamblate astfel incit sa permita a activa fiecare segment separat, astfel obtinind orice cifra.

Figura 2.3 Afisor de 7 segmente [33]

Display-urile cu sapte segmente sunt de doua tipuri: anod comun și catod comun.

Pentru tipul anod comun, tot circuitul de tip anod sau segmente sunt conectate intern la un pin comun pentru a fi conectat la potentialul pozitiv (nivel "1"). Aprinderea individuala a fiecarui segment este realizata prin aplicarea unui potential negativ (nivel "0") pentru pinul corespunzator printr-o rezistenta care limiteaza fluxul de curent.

La tipul catod comun, toți catozii de LED-uri sau segmente sunt unite intern pentru o data comuna pentru a fi conectati la potențialul negativ (nivel "0"). Aprinderea individuala a fiecarui segment se face prin aplicarea unui potential pozitiv (nivel "1") care corespunde printr-o rezistenta de limitare a fluxului de curent.

Amplificator DC-DC –este destinat pentru amplificarea tensiunii de alimentare necesare pentru amplificarea semnalului rectangular modulat.

Amplificator de tensiune XL6009 pe chip integrat in topologia SEPIC este capabil sa livreze o tensiune de iesire stabila (de la 1,25 la 35 de volti) la orice tensiune de intrare (de la 5 la 32 volți). Aceasta inseamna ca, la iesirea amplificatorului de tensiune puls XL6009, va exista intotdeauna o tensiune stabila data, mai mult decit atit, ca la intrarea sa poate aparea o tensiune mai mica si mai mare decit la iesirea ei.

Amplificator are o protectie termica incorporata si limiteaza curentul de functionare. Tensiunea de iesire este controlata de un potentiometru de inalta precizie.

Figura 2.4 Schema electrica a amplificatorului DC-DC [34]

Caracteristicile amplificatorului:

Eficienta de conversie :pina la 94%;

Frecventa de comutare: 400 kHz;

Temperatura de funcționare: de la -40 la + 85 ° C;

Tensiunea de intrare: 5-32 V;

Tensiune de iesire: 1,25-35 V (ajustabila);

Curentul maxim (curent de iesire): 3,0 A;

Dimensiune: 52x33x12 mm.

Voltmetru-amperimetru-destinat pentru afisarea informatiei destre amplitudinea si intensitatea semnalului.

Voltmetru-amperimetru digital masoara tensiunea DC in intervalul de la 0,0 la 99,9 V si curent continuu in intervalul de la 0,00 la 9,99 A.

Voltmetrul-amperimetrul digital necesita o sursa suplimentara de alimentare de la 3.5 la 30 V, poate fi o baterie "krone", baterie de 6, 12, 24 V, un incarcator de pe un telefon mobil. De asemenea, daca este posibil, poate fi utilizata alimentarea obiectului masurat.

Este foarte convenabil ca masurarea puterii DC sa nu necesite conectarea unei sunturi externe, ceea ce reduce semnificativ spatiul de instalare si numarul de fire conectate.

Caracteristicile voltmetrului-amperimetrului

Tensiune de lucru: DC 4.5 ~ 30V;

Tensiunea DC maxima : 0 ~ 100V;

Curentul maxim: 10 A ;

Curent de functionare: <20mA;

Dimensiuni: 48 x 29 x 21 mm;

Precizia masurarii: 1%.

Figura 2.5 Schema electrica a volt-amperimetrului digital [35]

Driver L293D-este folosit pentru amplificarea semnalului rectangular cu ajutorul tensiunii de alimentare.

L293D este proiectat pentru a oferi curenți bidirecționali de pina la 600 mA la tensiuni de la 4,5 V la 36 V. El este proiectat pentru a dirija astfel de sarcini ca relee inductive, solenoizi, motoare bipolare si DC , precum și alte tipuri de sarcini de curent si tensiune inalte in diferite aplicatii cu alimentare pozitiva.Toate intrarile sunt TTL compatibile. Driverele sunt activate în perechi, driverele 1 și 2 sunt activate de 1,2EN și driverele 3 și 4 sunt activate de 3,4EN. Atunci cind o intrare activata are nivel ridicat, driverele asociate sunt activate și ieșirile lor sunt activi si in faza cu intrarile lor. Cind intrarea activata este la un nivel scazut, acele drivere sunt dezactivate și iesirile lor sunt la nivel scazut si in starea de impedanta inalta. Cu datele de intrare corespunzatoare, fiecare pereche de drivere formeaza o punte H reversibila adecvata pentru aplicatii cu solenoid sau pentru motoare.

Figura 2.6 Schema echivalenta a driverului L293D [36]

Butoanele de comanda-sunt utilizate pentru a modifica frecventa sau durata semnalului rectangular generat de catre dispozitivul dat

Butonul este un tip de comutator utilizat pentru controlul unor aparate sau numai a unor funcții ale acestora. Butoanele sunt de diferite forme și dimensiuni si se gasesc in tot felul de dispozitive, desi in principal in echipamentele electrice și electronice.

Contactele pe care aceste butoane le actioneaza pot fi de tipul normal deschis – ND daca la apasare este inchisa o cale de curent, un circuit electric sau normal inchis – NI daca la apasare este deschisa o cale de curent, un circuit electric, deci este întrerupt un curent electric. Mecanismul unui buton consta din butonul propriu-zis actionat prin apasare, o lama metalica conductoare care stabileste legatura sau o desface contactele celor două terminale electrice, apasind butonul propriu-zis, si un arc care face ca lama sa isi recistige pozitia initiala dupa ce butonul nu mai este actionat.

Figura 2.7 Buton mecanic [37]

Sursa de alimentare-este destinata pentru alimentarea componentelor electronice a dispozitivului cit si pentru amplificarea semnalului generat de acesta.

Bateriile sunt comune in dispozitivele electronice portabile. O baterie AA este compusa dintr-o singura celula electrochimica care poate fi o baterie primara sau o baterie reincărcabila. Tensiunea și capacitatea terminală exacta a bateriei AA depind de chimia celulara, cu toate acestea, dispozitivele proiectate pentru AA vor avea de obicei numai 1,5 V si o capacitate de 400-900 ma/ora .

Figura 2.6 Bateria AA [38]

Elaborarea schemei electrice a dispozitivului

Luind in consideratie componentele utilizate, placa de baza a dispozitivului necesita sa fie proiectata cit mai compact.Astfel schema electrica a fost proiectata utilizind softul “Proteus”care reprezinta un sistem de simulare a circuitelor electrice, bazat pe modele de componente electronice realizate in PSpice. Pachetul Hallmark PROTEUS VSM are abilitatea de a simula functionarea dispozitivelor programabile: microcontrolere, microprocesoare și multe altele. Biblioteca componenta contine datele de referinta. In plus, pachetul include PROTEUS VSM proiectarea sistemului PCB(cablaj imprimat). Proteus este format din doua parti, cele doua sub-programe: ISIS – sinteza programului si simularea circuitelor electronice direct si ARES – program de proiectare PCB. Sistemul suporta si conectarea unor elemente noi (SPICE) si conectarea a diferitor compilatoare cum ar fi, AVR studio si altele.

Figura 2.7 Elaborarea schemei electrice in softul Proteus subprogramul ISIS

Schema electrica a dispizitivului de stimulare este alcatuita din :

Microcontrolerul-care reprezinta inima sistemului si indeplineste cele mai multe functii;

Transmite informatia pe afisor despre parametrii semnalului generat(frecventa,durata impulsului);

Genereaza semnalul rectangular cu ajutorul modulului PWM incorporat;

Comunica cu utilizatorul cu ajutorul butoanelor de comanda ;

Afisor de 7 segmente -permite utilizatorului sa vizualizeze informatia despre parametrii semnalului generat;

Butoanele de comanda – permit utilizatorului sa modifice (sa incrementeze sau decrementeze) frecventa sau durata semnalului rectangular;

Driverul L293D folosit pentru amplificarea semnalului generat de catre microcontroler.

Codul sursa a dispozitivului

Codul sursa pentru acest dispozitiv a fost efectuat in limbaj de programare C in mediul de programare AVR Studio.Pentru ca microcontrolerul sa genereze un semnal rectangular a carui parametrii pot fi motificati manual, este necesar sa fie activat modulul microcontrolerului PWM. Activarea acestuia permite procesorului sa genereze un semnal rectangular iar prin modificarea volorilor registrului OCR1A are loc si modificarea factorului de umplere(duratei impulsului) al semanlului(cu cit valoarea este mai mare cu atit factorul de umplere este mai mare si invers).Pentru modificarea frecventei semnalului folosim modulul Timer, schimbind valorile prescalerului si registrului TCNT schimbam la fel si periodicitatea aparitiei situatiilor de intrerupere in care este chemata functia care genereaza semnalul PWM.Incrementarea sau decrementarea valorilor registrelor Timer sau PWM se efectuiaza cu ajutorul butoanelor de comanda la apasarea carora este chemata functia respectiva.O apasare pe un anumit buton este egala cu o incrementare sau decrementare cu o unitate a unui anumit parametru (frecventa,durata).

Fig. 2.8 Elaborarea codului sursa in mediul de programareAVR Studio.

Simularea schemei

Dupa elaborarea schemei electrice si a softului, simularea acesteea a fost efectuata in program de simulare “Proteus”in subprogramul ISIS care are abilitatea de a simula functionarea dispozitivelor programabile.In baza simularii au fost verificate urmatoarele:

forma semnalului generat;

starea amplitudinii semnalului;

setarea frecventei semnalului;

setarea duratei impulsului.

Pentu aceasta la intrare au fost setate citeva valori aliatoare a frecventei si duratei impulsului pentru a vizualiza daca are loc modificarea acestor valori la iesire.

Fig. 2.9 Forma semnalului la o frecventa de 10 Hz si factorul de umplere 30%

Fig. 2.10 Forma semnalului la o frecventa de 10 Hz si factorul de umplere 50%

Fig. 2.11 Forma semnalului la o frecventa de 10 Hz si factorul de umplere 70%

Fig. 2.12 Forma semnalului la o frecventa de 50 Hz si factorul de umplere 50%

Fig. 2.13 Forma semnalului la o frecventa de 100 Hz si factorul de umplere 50%

Fig. 2.14 Forma semnalului la o frecventa de 10 Hz si factorul de umplere 50%

Factorul de umplere este necesar de transformat in durata impulsului

Pentru aceasta avem nevoie de 2 formule:

Fig. 2.15 Forma de unda a semnalului dreptunghiular [39]

Duty cycle (1.5)

Period= (1.6)

Substituim formula (1.6) in (1.5) si obtinem:

Dutycycle=Duration*Frequency (1.7)

Astfel stiind factorul de umplere(Duty cycle) si frecventa semnalului,aflam care este durata impulsului.

REALIZAREA SI TESTAREA DISPOZITIVULUI

Elaborarii placii cu cablaj imprimat

Dupa efectuarea cu succes a simularii, a urmat elaborarea cablajului imprimat .Cablajul a fost realizat cu ajutorul softului “Proteus” in subprogramul ARES,Librariile caruia contin componentele necesare conform datelor tehnice, specificatiilor si standardelor.Din librarie se aleg componentele din care este alcatuita schema,se plaseaza in pozitia optimala, dupa care ARES realizeaza automat trasarea drumurilor placii care pot fi modificate la dorinta utilizatorului.

Fig. 3.1Elaborarea cablajului imprimat in softul proteus in subprogramul ARES

Imprimarea cablajului

A fost folosita metoda substractiva(de corodare) pentru imprimarea cablajului. Pentru aceasta s-a imprimat imaginea cablajului pe o hirtie fotografica cu ajutorul imprimamtei laser. Placa de textolit a fost taiata dupa marimea cablajului si prelucrata suprafata de cupru cu hartie abraziva fina pentru inlaturarea grasimilor si o buna aderare a tonerului. Cu ajutorul unei foarfece imaginea printata a fost taiata pe contur si aplicata pe partea de cupru a placii de textolit. Incalzirea placii a fost realizata cu ajutorul fierului de calcat pina ce imaginea cablajului nu a fost aderata la partea de cupru a placii.Dupa racirea placii a fost inlaturata hirtiea de pe suprafata textolitului si a fost verificata daca imaginea cablajului nu a fost detereorata in urma acestui proces.Corodarea placii s-a efectuiat intr-o solutie de peroxid de hidragen cu adaugarea sarei de bucatarie si a acidului citric, lasind sa se corodeze timp de 20 minute. Tonerul de pe cablaj dupa corodarea placii a fost inlaturat cu hirtie abraziva fina. Cu ajutorul unui burghiu electric cu grosimea de 0,8mm, cablajul a fost gaurit pentru plasarea componentelor necesare.

Fig. 3.2 Cablajul imprimat al dispozitivului de stimulare

3.3. Testarea schemei electrice

Dupa imprimarea cablajului a urmat plasarea componentelor si simularea schemei.Pentru aceasta schema dispozitivului a fost conectat la o sursa externa de alimentare cu tensiunea de 5 V iar bornele de iesire a schemei au fost conectate la osciloscop pentru a vizualiza semnalul la iesire si corectitudinea parametrilor semnalului.A fost verificat daca parametrii semnalului setati (frecventa,amplitudinea,durata) corespund cu parametrii masurati.

Fig. 3.3 Simularea schemei electrice

3.4. Asamblarea dispozitivului

Dupa testarea cu succes a schemei electrice,a urmat asamblarea dispozitivului de stimulare.Pentru acest scop a fost construita o carcasa din plastic cu dimensiunile 150x115x45mm pentru a incorpora schema electrica a dispozitivului si sursa de alimentare.

Fig. 3.4 Asamblarea dispozitivului

Au fost confectionati 2 perechi de electrozi:

Prima pereche a fost confectionata din placi de plumb de dimensiuni 20×30 mm.Asa dimensiuni permit reducerea semnificativa a durerii in regiuni mici ale corpului dar acesti electrozi nu permit aderarea pe piele.

A doua pereche de electrozi a fost confectionata din cauciuc plumbat de dimensiuni 40×60 mm acoperit cu o substanta adeziva pentru o aderare mai eficienta pe suprafata pielei.Asa electrozi permit reducerea durerii in regiuni mai mai ale corpului.

Fig. 3.5 Tipuri de electrozi folositi

3.5. Testarea dispozitivului si analiza rezultatelor obtinute

Dupa asamblarea completa a fost efectuata testarea dispozitivului pe pacient.

In cazul nostru pacientul suferea de o durere cronica usoara in regiunea bratului drept.Pentru aceasta tehnica de stimulare TENS a fost aplicata in felul urmator:

Electrozii au fost plasati cit mai aproape de zona dureroasa;

Pentru durerea cronica a fost aplicat TENS tip acupunctura (frecventa o setam in diapazonul de 6-20 Hz iar durata intre 150-250 ms);

Parametrii semnalului au fost setati astfel incit sa nu apara contractii musculare sau arsuri pe suprafata pielei;

Frecventa semnalului a fost setata la 10 Hz;

Durata impulsurilor a fost setata la 230 ms (duty cycle=2%);

Amplitudinea a fost setata la 15 V;

Timpul procedurii a durat 30 de minute.

Fig. 3.6 Testarea dispozitivului de stimulare pe pacient

In timpul procedurii pacientul nu a simtit arsuri sau contractii musculare ceea ce dovedeste ca toti parametri au fost setati corespunzator.Pe tot parcursul procedurii predomina doar senzatia de mici intepaturi care cu timpul sau micsorat dupa care a fost crescuta incet intensitatea pentru a nu permite acomodarea la curent.

Dupa finisarea procedurii nu au fost sesizate leziuni cutanate sau arsuri pe suprafata pielei iar durerea cronica usoara in regiumea bratului s-a micsorat cu 30%.

Procedura a fost repetata pe parcursul a 3 zile, de 2 ori pe zi,dupa finisarea procedurilor durerea s-a redus cu 50%.

CONCLUZIE:

Teza de master este dedicata elaborarii unui dispozitiv portabil pentru stimularea tesuturilor nervoase. Prin urmare s-au realizat urmatoarele puncte:

A fost analizata piata dispozitivelor de stimulare electrica in RM si au fost gasite neajunsurile dispoziitivelor concrete.

A fost analizat modul de functionare a acestor dispozitive,destinatia lor,parametrii necesari.

A fost analizat comportamentul celulei nervoase sub actiunea curentului electric si metodele de amelionare a durerii,principul lor de functionare.

Au fost analizate cele 2 moduri de stimulare electrica transcutanata principali care participa in reducerea durerii,parametrii semnalului care participa la stimulare.

A fost proiectata si realizata schema bloc si schema electrica a dispozitivului de stimulare.

A fost elaborat softul necesar pentru generarea semnalului modificarea parametrilor acestuia.

Au fost proiectate 2 perechi de electrozi pentru stimulare.

A fost efectuata testarea dispozitivului in conditiile clinice si analiza rezultatlor obtinute.

Bibliografie

1. Morris, Simon C. (2003), Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe (în engleză), Cambridge University Press, pp. 182–185, ISBN 0-521-82704-3

2. Dummer, G. W. A. (1997). Electronic Inventions and Discoveries, 4th Ed. Institute of Physics Publishing. p. 1. ISBN 978-0750303767.

3. Atkins, P; de Paula (2006). Physical Chemistry. J. (8th. ed.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-870072-2. Section 25.12 "Working Galvanic cells"

4. Overbeek, J.Th.G (1943). "Theory of electrophoresis — The relaxation effect". Koll. Bith.: 287.

5. Duchenne, Guillaume-Benjamin; Tibbets, Herbert (1871). A treatise on localized electrization, and its applications to pathology and therapeutics. London: Hardwicke.

6. Kutzner, J.A. d'Arsonval; Grubmüller, Helmut; De Groot, Bert L.; Zachariae, Ulrich (2011). "Computational Electrophysiology: The Molecular Dynamics of Ion Channel Permeation and Selectivity in Atomistic Detail". Biophysical Journal. 101 (4): 809–17.

7. Электролечение // Большая медицинская энциклопедия / гл. ред. Б. В. Петровский. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1974—1989. — Т. 28.

8. http://pdf.medicalexpo.com/pdf/astar/aries-s/67668-186377.html

9. http://www.medicalexpo.com/prod/astar-67668.html#product-item_482926

10. http://www.medicalexpo.com/prod/astar-67668.html#product-item_714601

11. A.iavorschi.Curs de electronica medicala

12. This article incorporates public domain material from the NCBI document "What Is a Cell?". 30 March 2004.

13. http://hotbiology.blogspot.com/2013/05/celula-umana.html

14. https://ru.wikipedia.org/wiki /File:Membrane_potential_ions_en.svg

15. http://www.scritub.com/stiinta/chimie/Fenomene-bioelectrice15553.php

16. http://www.qreferat.com/referate/biologie/FENOMENE-BIOELECTRICE249.php

17. https://www.academia.edu/15206587/CURS_DE_ELECTROTERAPIE

18. An unpleasant experience that we primarily associate with tissue damage or describe in terms of tissue damage or both." Merskey, H. (1964), An Investigation of Pain in Psychological Illness, DM Thesis, Oxford.

19. http://www.scrigroup.com/sanatate/FIZIOPATOLOGIA-DURERII14611.php

20. http://ati.md/wp-content/uploads/2012/02/Nociceptia-si-durerea_doc.pdf

21. Melzack R, Wall PD. Pain mechanisms: a new theory. Science. 1965 [archived 2012-01-14];150(3699):971–9. doi:10.1126/science.150.3699.971. PMID 5320816.

22. "Opioid glycopeptide analgesics derived from endogenous enkephalins and endorphins". Future Medicinal

23. Rakel B, Frantz R (2003). "Effectiveness of transcutaneous electrical nerve stimulation on postoperative pain with movement". The Journal of Pain. 4 (8): 455–464. doi:10.1067/S1526-5900(03)00780-6. PMID 14622666.

24. Johnson M, Martinson M (2007). "Efficacy of electrical nerve stimulation for chronic musculoskeletal pain: A meta-analysis of randomized controlled trials". Pain. 130 (1–2): 157–165.

25. "Transcutaneous electrical nerve stimulation for pain relief

26. Khadilkar A, Odebiyi DO, Brosseau L, Wells GA (2008). Brosseau, Lucie, ed. "Transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) versus placebo for chronic low-back pain".

27. Johnson M, Martinson M (2007). "Efficacy of electrical nerve stimulation for chronic musculoskeletal pain: A meta-analysis of randomized controlled trials". Pain.

28. McQuay HJ, Moore RA, Eccleston C, Morley S, Williams AC (July 1997). "Systematic review of outpatient services for chronic pain control". Health Technology Assessment.

29. Effectiveness of transcutaneous electrical nerve stimulation on postoperative pain with movement". The Journal of Pain.

30. http://www.electrotherapy.org/modality/transcutaneous-electrical-nerve-stimulation-tens#Electrode%20placement

31. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4589923/

32. https://www.engineersgarage.com/electronic-componenets/atmega32-avr-microcontroller

33. https://en.wikipedia.org/wiki/Seven-segment_display

34. https://micro-pi.ru/xl6009-step-up-dc-dc

35. http://diyprojects.eu/how-to-wire-digital-dual-display-volt-and-ammeter/

36. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/l293.pdf

37. https://www.robofun.ro/buton-mic

38. https://wallegro.ru/item/5844180135/LR-VARTA–V-BATAREYA-INDUSTRIAL-AA-R-.html

39. http://www.circuitgrove.com/tutorials/pulse-width-modulation

ANEXE

Anexa nr. 1