Autor: Milena Čukić

ELEKTRONIKA U SURETU SA MEDICINOM

Kada dodje do povrede kičme u kojoj je oštećena kičmena moždina,posledica je delimična ili potpuna oduzetost. Da li ovako crna doživotna prognoza može nekako da se ispravi, ili makar malo ublazi? Svedoci smo brzog razvoja elektronskih uređaja koji se koriste u medicini i nekih njihovih fantastičnih primena. Može li elektronika ovde da ublaži nemoć medicine? Izgleda da može. Makar i ovim prvim malim koracima.

Da bismo razumeli šta tu elektronika može da pomogne, treba da razumemo kako izgledaju procesi u zdravom neuromišićnom sklopu svakog čoveka. Da bi se uopšte neki mišić, bilo koji, pomerio ( istegao ili zgrčio), potrebno je da za to dobije “ naređenje” od centralnog nervnog sistema, bez obzira da li je u pitanju svesna ili nesvesna radnja. Nervne ćelije kroz koje se prenose ta “naređenja” imaju veoma dugačke pipke, aksone, koji na krajevima imaju viće malih završetaka, preko kojih “predaju poruke” drugim nervnim ćelijama. Od mozga te poruke, kodirane u obliku električnih impulsa, prenose se kroz kičmenu moždinu, da bi kroz određeni nerv, koji iz nje polazi, stigle do određenog mišića koji na to reaguje, i svojim pomeranjem(obično u okviru cele mišićne grupe), doprinosi izvođenju nekog pokreta. Poruka može da puruje i u suprotnom smeru, dakle od nekog receptora, recimo za bol, određenim nervnim putevima do mozga.Tako se ova komunikacija, po svojoj prirodi električna, neprestano odvija, a da mi u većem broju sličajeva toga uopšte nismo svesni.  Kada se povredom, kičmena moždina prekine, prekinuta je i ova suptilna komunikacija. Nravno, u oba smera.

To bi otprilike bilo kao da vaš telefon ne radi, iako je s njim sve uredu, ali se kvar dogodio negde na kablovima, daleko od vašeg aparata. Na nivou povrede, i na susednom nivou, nervi atrofiraju, a ispod nivoa povrede(ovde se misli na nivo u smislu određenih kičmenih pršljenova), bivaju “odsečeni”; mišići koje inervišu nervi koji polaze iz nivoa ispod povrede, ostaju očuvani, ali nema ko da im “komanduje”.

Pošto se impulsi izmedju nervnih i drugih ćelija (ćelija uopšte) prenose složenim procesima koji zahtevaju promene polariteta na njihovim membranama,što oma iza sebe celu “fiziološku priču”, mi ćemo se zaustaviti samona “električnom” aspektu ove komunikacije.

Ideja o premošćavanju povreda kičmene moždina bazira se na mogućnosti da mišiće pobuđujemo na neku akciju, davanjem električnih impulsa, samo što oni sada dolaze iz spoljašnje sredine, a ne od organizma samog.

Elektromehanički sistemi koji se koriste za restoraciju određenih funkcionalnih pokreta, obično koriste takozvanu funkcionalnu električnu stimulaciju(FES), yajedno sa ortozama, ili recimo, sa dupkom za stajanje. Uloga funkcionalne električne stimulacije je da zada mišiću, ili grupi mišića , određeni prepoznatljivi signal, koji će ga navesti da se zgrči, odnosno istegne. Stimulatori koji se za to koriste, se, ustvari, mogu shvatiti kao generatori električnih impulsa. FES može da omogući ili poboljša funkcionalne pokrete osoba sa oštećenim neuromuskulatornim sistemom. FES se, takođe, može koristiti i kod ljudi koji nemaju tako drastična oštećenja-recimo kod imobilizacije nekih delova tela usled povrede,da bi se umesto vežbanjem,očuvao, tj. održao prirodni tonus mišića. Postoje i upotrebe u kozmetologiji, gde se stimulacijom, takođe, zamenjuje fizička aktivnost, koja treba da dovede do nekih željenih fizioloških efekata. 

Ukoliko se pak, radi baš o “prekidu komunikacije” sa CNS-om (centralnim nervnim sistemom),upotrebljavaju se da omoguće pacijentu da ponovo uvežba da izvodi neke osnovne pokrete. Jedan od uređaja koji su u stanju da odigraju ulogu “mosta” je i EMG kontrolisani stimulator.EMG je skraćenica koja označava elektromiografiju, dakle registrovanje i beleženje električnih signala koje svojom aktivnošću proizvode mišići. Uobičajene frekvencije kojima se prirodno pobuđuju mišići su 2-3 Hz,iako duž nervnog vlakna mogu da se registrjuju znatno veće frekvencije.

Ako se preko elektroda u blizini mišića dovede odgovarajući električni signal dovoljnog intenziteta,(a naponi koje na ćelijama merimo su reda milivolta), dolazi do preomena na ćelijskim membranama, tj. do pobude nervnih ćelija i kontrakcije mišića. To je osnovni fenomen na kome se zasniva FES. Da bi se direktno pobudile mišićne ćelije, potrebno je dovesti relativno veliku količinu elektriciteta,  u poređenju sa količinom elektriciteta ako se stimuliše nerv, koji preko sinapse pobuđuje mišić.

Osnovna razlika između ovakvog i prirodnog stimulisanja je što je veštačko pobuđivanje nefiziološko; električni impuls koji dovedemo deluje neselektivno na sva nervna vlakna, a različita nervna vlakna imaju različite nivoe pobude. Električni impuls će lakše pobuđivati vlakna sa nižim pragom pobude i bliže postavljena vlakna. To dovodi do neravnomerno raspoređene sile u jednom mišiću. Da bi se postigla glatka(fuziona) kontrakcija, frekvencija pobudnog impulsa mora da bude iznad 15 impulsa u sekundi (tačna vrednost učestanosti zavisi od mišića). Problem sa ovako neravnomerno raspoređenim radom je, što veoma brzo dovodi do mišićnog zamora.

Kako se impulsi predaju?

Elektrodama-koje mogu biti hiruški implantirane(što je nepraktično iz više razloga, između ostalog i zbog povećane mogućnosti infekcije) i površinske(perkutane, površinske,kožne) elektrode koje se daleko više koriste.

Kod EMG kontrolisanog stimulatora imamo sledeći postupak: pomoću elektroda i odgovarajućeg uređaja snimamo EMG signal sa neke “očuvane” grupe mišića; zatim se taj signal procesira-pojačava, ispravlja, integriše, i onda se preko površinskih elektroda pacijentu daju impulsi koji omogućavaju imitiranje onog prirodnog reagovanja mišića.

Neurofiziološki problemi

Neurofiziološki problemi koji su pratioci celog ovog metoda su mišićni zamor, povećani spasticitet (grčenje) mišića, smanjena mišićna sila u odnosu na silu generisanu u zdravom organizmu, modifikacija refleksa, promena protoka krvi i oštećenja kožnog i potkožnog tkiva. Ipak, istraživanja pokazuju da se hroničnom terapijom mišićni zamor može znatno smanjiti. S obzirom na to da je mišićna sila u mnogim slučajevima dovoljna za realizaciju funkcionalnih pokreta, FES sistem može da omogući stajanje i čak hod uz korišćenje štaka i dupka za hodanje. Dodatni problemi koji se ovde javljaju su selektivnost pobude i preciznost postavljanja elektroda.U pokretimatela učestvuju istovremeno čitave grupe mišića(pri hodanju to su, recimo, dvadesetak mišića na svakoj nozi) .Spoljašnje elektrode ne mogu da se tako precizno postave da selektivno pobuđuju sve ove mišiće, već pobuđuju mišiće po grupama, što naravno umanjuje finoću pokreta. Naravno, postoji mogućnost doziranja nadražaja. Spoljašnje elektrode postavljaju se direktno na kožu i ne zahtevaju nikakvu posebnu intervenciju. One mogu biti različitih veličina u zavisnosti od toga koji se mišići njima pobuđuju. Elektrode treba da obezbede raspodelu struje po celoj površini i zato se prave od provodnika (metalna folija, provodna guma, vrlo tanka metalna mreža), a između kože i elektrode se koristi provodni gel ili tečnost zbog smanjenja impedanse(kože). Pacijenti vrlo brzo nauče koja su mesta najbolja za postavljanje elektroda. Postoje spoljašnje elektrode koje mogu ostati pričvršćene više dana na jednom mestu. Te elektrode koriste polimerni lepljivi sloj, a posle nekog vremena se bacaju (lepljivi sloj gubi mehaničke i električne osobine neophodne za normalno funkcionisanje dve nedelje posle početka primene) . Ako su pacijentu očuvani senzori za bol, kožne elektrode izazivaju neprijatnu senzaciju i u mnogim slučajevima ona može da pređe nivo tolerancije. Otuda je veoma ograničeno-individualnom reakcijom kože-vreme provedeno u vežbanju; to je posledica elektriciteta koji “ubacujemo” kroz kožu). Pri stimulaciji potrebna je određena količina elektriciteta da bi se inicirao akcioni potencijal. Minimalna struja koja je potrebna da bi došlo do stvaranja akcionog potencijala naziva se reobaza. Električni impuls kojim evociramo potencijal koji merimo, može biti sa konstantnim naponom ili sa konstantnom strujom. Dobro je koristiti stimulator sa ososbinama izvora konstantne struje, jer je u tom slučaju lako kontrolisati količinu elektriciteta. Parametri za merenje evociranih potencijala se razlikuju ako se nadražuje motorni nerv, ili sam mišić. U slučaju pobuđivanja nerva, impulsna širina je reda 10 do 100 mikrosekundi, dok je za pobuđivanje mišića potrebno stotinak milisekundi. EMG kontrolisani stimulator je jednokanalni portabl stimulator stimulator na baterije. kontrolisan je EMG signalom u realnom vremenu. Sistem je razvijen za snimanje EMG-a sa ekstenzora podlaktice i za stimulaciju medijalnog nerva.Tako je stimulacija za kontrolu stiska diktirana mioelektričnom aktivnošću koju proizvodi ekstenzor zgloba. Stimulator se sastoji od dve ploče. Prva je odgovorna za procesiranje EMG signala i za generisanje kontrolnog signala. Druga ploča je izlazni stepen, stimulator sa konstantnom strujom. Samolepljive elekstrode koriste se i za snimanje EMG signala i za stimulaciju. Stimulator se napaja bateijama. Okidan EMG signalom dovoljno jakim da pređe zadati nivo pošto je već filtriran, ispravljen i integrisan, stimulator je sposoban da izvede unapred definisan obrazac stimulacije. postoji i ugrađeno kolo za blankiranje tako da stimulacija ne utiče na integrisani EMG. Ploče su međusobno izolovane upotrebom jednog optokaplera, tako da je onemogućen uticaj elektroda ya stimulaciju na elektrode za snimanje. Na početku podešavamo frekvenciju i širinu impulsa. Isto važi i za pojačanje EMG-a, širinu blankirajućeg signala, zadati nivo komparatora i trajanje signala koji onemogućava ponovo okidanje EMG-om koji je proizveden jednim pokretom. Intenzitet struje može da se menja bilo kad.Stimulator može da služi i za stimulaciju i za vežbu. Ako izaberemo trejning mod, stimulacija ne postoji. Pacijent može da bira indikator vizuelni (LED dioda) ili audio (zujalica) koji će mu pokazati da je zadati nivo pređen.Indikator je uključen kada postoji stimulacija. Pošto jedan pokret može da izazove više prelaza, postoji signal za onemogućavanje ponovnog okidanja. Prvi u nizu nivoa prelaza prouzrokovanih jednim pokretom će postaviti signal na visoki nivo, i koliko god on ostane visok, naredna stimulacija je onemogućena.

Artifakti proizvedeni stimulacijom sprečavaju se kolom za blankiranje. Blankirajući signal počinje isto kad i stimulacija, ali traje znatno duže. Stanje stimulacije može biti promenjeno onda kada signal zabrane istekne. Njegovo trajanje bi trebalo da bude određeno intenzitetom struje i položajem elektroda. Parametri koji se zadaju za svakog pacijenta ponaosob su sledeći: pojačanje EMG signala, uporedni nivo, frekvencija stimulacije, širina impulsa stimulacije, trajanje signala za onemogućavanje artifakta,i trajanje blankirajućeg signala. Ponovno uspostavljanje pojedninih pokreta ovakvim metodom se dosada pokazalo uspešno, a perspektive su veoma ohrabrujuće. Tekuća istraživanja koja se odvijaju i kod nas i u svetu, prognoziraju još uspešnije premošćavanje povreda kičmene moždine, što, svakako ima i svoju ogromnu pozitivnu psihološku komponentu za ljude koji su usled sličnih povreda bili trajno hendikepirani.

Pročitajte više o ovoj temi

Service - oszilloskop OEM module 486  PK2500 Z-World

C o p y r i g h t  1998 mikroElektronika. All Right Reserved. Za sva pitanja obratite se redakciji