ΑΡΧΕΣ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ

Transcript

1 ΑΡΧΕΣ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ 1

2 ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Μάθημα: ΑΡΧΕΣ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗΣ - ΗΛΕΚΤΡΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ Κωδικός: ΦΓ5 Εξάμηνο διδασκαλίας: Κατηγορία μαθήματος: Τύπος μαθήματος: Ώρες διδασκαλίας: Γ Μάθημα Ειδικής Υποδομής (ΜΕΥ) Θεωρητικό 3 (Θεωρία) Πιστωτικές μονάδες (ECTS): Προαπαιτούμενο μάθημα: Εξαρτώμενο μάθημα:

3 ΣΤΟΧΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Ο κύριος σκοπός του μαθήματος είναι η σε βάθος κατανόηση της εφαρμογής των βασικών τεχνικών ηλεκτροθεραπείας σε παθήσεις του μυοσκελετικού συστήματος και των αρχών βιοφυσικής και ηλεκτροφυσιολογίας του ανθρωπίνου σώματος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην μελέτη α) των φυσικών μέσων και β) των μεθόδων αποκατάστασης της μυϊκής και νευρικής λειτουργικής ικανότητας με μεθόδους ηλεκτροθεραπείας 3

4 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Εισαγωγή στη Βιοφυσική (μεταφορά μορφών ενέργειας στο ανθρώπινο σώμα) Στοιχεία ηλεκτροφυσικής, με έμφαση στην πολικότητα του ρεύματος, στον παλμό, στη συχνότητα και σε όλες τις δυνατότητες παραμετροποίησης του ρεύματος που μας παρέχουν οι σύγχρονες συσκευές ηλεκτροθεραπείας, Αρχές Ηλεκτροφυσιολογίας (Ηλεκτρομυογραφία, Προκλητά Δυναμικά, ηλεκτροδιέγερση) Στοιχεία φυσιολογίας, για το νευρικό και το μυϊκό ιστό, για την υπεραιμία, για τη φλεγμονή, για το οίδημα, για την επούλωση των ιστών, Συνεχή ρεύματα (γαλβανικά, διαδυναμικά), η αναλγητική και αντιφλεγμονώδης δράση τους, τα ηλεκτροτονικά φαινόμενα, Εναλλασσόμενα ρεύματα (χαμηλής, μέσης, υψηλής συχνότητας) Ηλεκτροφυσιολογική αξιολόγηση της νεύρωσης των μυών μέσω της ηλεκτροδιαγνωστικής- Αρχές Υπερήχων διάγνωση - θεραπεία Συστήματα ηλεκτροθεραπείας Αρχές UV ακτινοβολίας και Υπέρυθρης ακτινοβολίας Φυσικές αρχές ακτινοβολιών (Διαθερμίες Βραχέων και μικροκυμάτων) Φυσικές αρχές ακτινοβολίας Laser Φυσικές αρχές Μαγνητικών πεδίων Ασφάλεια και υγιεινή ασθενών Ασφάλεια και υγιεινή εργαζομένων στο χώρο των μονάδων Φυσικοθεραπείας 4

5 ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ελληνική: Γιόκαρης Π. (2007). Κλινική Ηλεκτροθεραπεία (2 τόμοι). Ιατρικές εκδόσεις Λίτσας, Αθήνα. Φραγκοράπτης Ε. (2002). Εφαρμοσμένη Ηλεκτροθεραπεία. Εκδόσεις Σάλτο, Θεσ/νίκη. Ξενόγλωσση: Aminoff M.J. (2005). Electrodiagnosis in Clinical Neurology. 5th ed. Churchill Livingstone. Blum A.S., Rutkove S.B. (2007). The Clinical Neurophysiology Primer CD-ROM. Springer, Heidelberg. Glaser R. (2004). Biophysics: An Introduction. Springer, Heidelberg. Haken H. (2008). Brain Dynamics: An Introduction to Models and Simulations. 2nd ed. Springer, Heidelberg. Robinson A.J, Snyder-Mackler L. (2007). Clinical Electrophysiology: Electrotherapy and Electrophysiologic Testing. 3rd ed. Lippincott Williams & Wilkins. Zimetbaum P.J., Josephson M.E. (2008). Practical Clinical Electrophysiology. 1st ed. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia. 5

6 ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ Η Βιοφυσική είναι ο κλάδος εκείνος των φυσικών επιστημών που ασχολείται με: 1) τη μελέτη των φυσικών φαινομένων που υπεισέρχονται στη δομή, οργάνωση και λειτουργία των βιολογικών συστημάτων, 2) τη χρησιμοποίηση των αρχών και μεθόδων της Φυσικής στην έρευνα των φαινομένων της ζωής, 3) τη μελέτη των βιολογικών αποτελεσμάτων από την επίδραση των φυσικών παραγόντων στην έμβια ύλη. 6

7 ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ Για να κατανοήσουμε καλύτερα το ιδιαίτερο αντικείμενο της βιοφυσικής επιστήμης θα αναφέρουμε περιληπτικά τα διάφορα επίπεδα οργάνωσης της ζωής: Χημικό επίπεδο: Περιλαμβάνει όλα τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για την εμφάνιση και διατήρηση της ζωής (από ιχνοστοιχεία έως το νερό και τα μακρομόρια). Κυτταρικό επίπεδο: Τα κύτταρα είναι η βασική δομική και λειτουργική μονάδα ενός ζωντανού οργανισμού. Υπάρχουν πολλά είδη κυττάρων σε έναν οργανισμό, που το καθένα έχει διαφορετική δομή και λειτουργία (π.χ. μυϊκά κύτταρα, νευρικά κύτταρα, ερυθροκύτταρα). 1ο μάθημα 7

8 ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ Ιστός: Οι ιστοί είναι ομάδες παρόμοιων κυττάρων και το διακυτταρικό υλικό ανάμεσά τους, που έχουν την ίδια εμβρυολογική καταγωγή και πραγματοποιούν κάποια ειδική λειτουργία (π.χ. επιθηλιακός ιστός, συνδετικός ιστός, μυϊκός ιστός). Όργανα: Τα όργανα είναι δομές συγκεκριμένης μορφής και λειτουργίας, που αποτελούνται από έναν ή περισσότερους ιστούς, έχουν δε συνήθως κάποιο αναγνωρίσιμο σχήμα (π.χ. καρδιά, ήπαρ, εγκέφαλος, στομάχι). Σύστημα: Το σύστημα είναι ένας συνδυασμός οργάνων με κοινή λειτουργία. Για παράδειγμα, το πεπτικό σύστημα, που έχει σαν κύρια λειτουργία του την πέψη των τροφών, αποτελείται από το στόμα, τη σίελο, το φάρυγγα, τον οισοφάγο, το στομάχι, το λεπτό έντερο, το παχύ έντερο, το σηκώτι, τη χολή και το πάγκρεας. 8

9 ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ Ανώτερα επίπεδα: Οι ζωντανοί οργανισμοί οργανωμένοι σε ομοειδείς ομάδες αποτελούν τους πληθυσμούς, οι οποίοι εξελίσσονται στη Βιοκοινωνία, το Οικοσύστημα, τη Βιόσφαιρα. Οργανισμός: Αποτελεί το υψηλότερο επίπεδο οργάνωσης της ζωής. Είναι γνωστό ότι, από τους διάφορους ζωντανούς οργανισμούς, ο άνθρωπος είναι το τελειότερο και πολυπλοκότερο ον στον πλανήτη μας. 9

10 ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ Αν θεωρήσει κανείς τα διάφορα επίπεδα οργάνωσης της ζωής, από τα βιομόρια έως το οικοσύστημα, μπορεί να διακρίνει ως αντικείμενα μελέτης της Βιοφυσικής τα απλούστερα εξ αυτών και συγκεκριμένα τα μόρια, τα κύτταρα και τους ιστούςόργανα. Τα ανώτερα επίπεδα οργάνωσης της ζωής αποτελούν αντικείμενο μελέτης της Ιατρικής Φυσικής και της Υγειοφυσικής. Βέβαια, όπως και στα περισσότερα διεπιστημονικά γνωστικά πεδία, τα όρια της βιοφυσικής επιστήμης είναι πλατιά και ασαφή, ανάμεσα σε άλλες βιο-επιστήμες (βιοχημεία, μοριακή βιολογία, κυτταρική βιολογία, βιοτεχνολογία, νευροφυσιολογία κ.ά.). Επίσης η Βιοφυσική μοιράζεται τα σύνορά της με τη Φυσική, τη Χημεία, τη Γενετική, τα Εφαρμοσμένα Μαθηματικά (θεωρία ελέγχου, θεωρία πληροφορίας), τη Μικρο-μηχανική και τη Νανοτεχνολογία 10

11 ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ Η Ιατρική Φυσική είναι πρωταρχικά ένας κλάδος της εφαρμοσμένης Φυσικής, ο οποίος έχει σαν αντικείμενο τις εφαρμογές των αντιλήψεων και των μεθόδων της Φυσικής στη διάγνωση, τη θεραπεία και αποκατάσταση ανθρώπινων παθήσεων. Η Ιατρική Φυσική συνδέεται άμεσα με τη Βιο-ηλεκτρονική (ανάπτυξη κατάλληλων ηλεκτρονικών διατάξεων σε ιατρικά όργανα και εργαλεία), τη Βιοϊατρική Τεχνολογία (εφαρμογές της τεχνολογίας στη Βιολογία και την Ιατρική), την Υγειοφυσική (δοσιμετρία - ακτινοπροστασία κατά τις ποικίλες εφαρμογές των ιοντιζουσών κυρίως αλλά και των μη ιοντιζουσών ακτινοβολιών), τα Βιομαθηματικά, τη Βιοπληροφορική και άλλες διεπιστημονικές περιοχές. Η Ιατρική Φυσική υποδιαιρείται στην Ακτινοφυσική, την Εμβιομηχανική, τη Φυσική της Ιατρικής Απεικόνισης, Ιατρική Φυσική στην περιοχή των μη ιοντιζουσών ακτινοβολιών (lasers, μικροκύματα, υπέρηχοι), τη Βιονική κ.ά. 11

12 ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ Η Βιοφυσική υποδιαιρείται σε επιμέρους κλάδους: Μοριακή Βιοφυσική, Κυτταρική Βιοφυσική και Βιοφυσική των πολύπλοκων συστημάτων. Ξεχωρίζουν επίσης η Βιοφυσική των μεμβρανών, η Νευροβιοφυσική, η Ακτινοβιοφυσική, η Ιατρική Βιοφυσική, η Περιβαλλοντική Βιοφυσική και η Υπολογιστική Βιοφυσική. 12

13 ΣΤΟΧΟΙ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Καταστολή του πόνου Λύση του μυϊκού σπασμού Καλύτερη αιμάτωση Απορρόφηση προϊόντων φλεγμονής Αντανακλαστική επιρροή των οργάνων μέσω των δερματομίων τους Εξάλειψη αισθητικών, κινητικών και τροφικών διαταραχών Πρόληψη από δευτερογενείς αλλοιώσεις (κυρίως στις αρθρώσεις) στην περιοχή εφαρμογής 13

14 Προϋποθέσεις για την αποτελεσματική εφαρμογή της Η επιλογή των ενδεδειγμένων συχνοτήτων 1. Χαμηλόσυχνα ρεύματα 2. Ρεύματα μέσης συχνότητας 3. Ρεύματα Υψηλής συχνότητας 4. Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα Η επιλογή του τρόπου και του τόπου εφαρμογής 1. Τοπική 2. Αντανακλαστική 3. Νευρική Η επιλογή ενδεδειγμένων συνδυασμών με άλλες θεραπευτικές μεθόδους. 1. Παλμικά ρεύματα με υπέρηχους 2. Αναλγητικά ρεύματα με έλξεις 3. Ρεύματα με μηχανική αναρρόφηση, Laser, φάρμακα, κλπ. 1ο μάθημα 14

15 ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Χορήγηση της θεραπείας Υπολογισμός της δόσης ΘΕΩΡΙΑ Μεταφορά ενέργειας -> Φυσιολογικό αποτέλεσμα -> Θεραπευτικό αποτέλεσμα ΑΣΘΕΝΗΣ 15

16 ΝΕΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ - ΤΕΧΝΙΚΕΣ Τα στοιχεία από τα οποία αποτελείται το ανθρώπινο σώμα, ανάλογα με την επίδραση που ασκούν σε αυτά τα μαγνητικά πεδία διακρίνονται σε: Διαμαγνητικά στοιχεία: τα στοιχεία τα οποία επηρεάζονται ελάχιστα από τα μαγνητικά πεδία. Τέτοια στοιχεία είναι οι υγιείς κυτταρικές μεμβράνες. Παραμαγνητικά στοιχεία: τα στοιχεία που επηρεάζονται από το μαγνητικό πεδίο στο οποίο βρίσκονται και μπορούν να μετατραπούν σε μαγνητικά δίπολα με προσανατολισμό ίδιο με τον προσανατολισμό του πεδίου. Σιδηρομαγνητικά στοιχεία: τα στοιχεία αυτά βρίσκονται κυρίως κοντά στα οστά της βάσης του κεφαλιού, στην υπόφυση, την επίφυση και στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη σε αυτά περιοχών που τα μαγνητικά τους δίπολα έχουν κοινό προσανατολισμό. Τα υλικά αυτά αποκτούν ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες όταν βρεθούν μέσα σε πεδίο, τις οποίες διατηρούν όταν το πεδίο πάψει να υπάρχει. 16

17 ΣΥΣΤΗΜΑ ΝΑΝΟΠΑΛΜΩΝ Όταν υπάρχει κάποια διαταραχή στον οργανισμό, παρατηρούνται μεγάλες ποσότητες παραμαγνητικών στοιχείων σε αυτόν, ενώ παράλληλα δημιουργείται μία διαφορά δυναμικού ανάμεσα σε μια πάσχουσα και μία υγιή περιοχή. Η μεγαλύτερη ποσότητα παραμαγνητικών παρατηρείται επειδή κάποια διαμαγνητικά στοιχεία μετατρέπονται σε παραμαγνητικά. Με την εφαρμογή μαγνητικών πεδίων επιτυγχάνεται η εξισορρόπηση των παραμαγνητικών στοιχείων και κατά συνέπεια η αποκατάσταση των παθήσεων. Το παλμικό μαγνητικό πεδίο (μαγνητικοί νανοπαλμοί) διεισδύει στο σώμα ομοιόμορφα, ανεπηρέαστο και μεταβάλλεται ταχύτατα, γεννιέται και εξαφανίζεται σε ελάχιστο χρόνο. Από το νόμο της επαγωγής του Faraday, γνωρίζουμε ότι ένα μαγνητικό πεδίο εξαφανιζόμενο, αφήνει στη θέση του ένα κυκλικό ηλεκτρικό πεδίο. Με αυτό τον τρόπο βαθιά μέσα στον ιστό γεννιούνται ηλεκτρικοί νανοπαλμοί. Έτσι οι νανοπαλμοί επιδρούν στην ενδοκυτταρική κίνηση των ιόντων, αυξάνουν δηλαδή την διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης. Αποτέλεσμα αυτού είναι η ελάττωση του οιδήματος και του πόνου, η γρήγορη απομάκρυνση των προϊόντων του μεταβολισμού, η αύξηση της παροχής οξυγόνου στην περιοχή, ενώ και τα περιφερειακά κινητικά νεύρα επανακτούν τη λειτουργικότητάς τους. 17

18 ΣΥΣΤΗΜΑ ΝΑΝΟΠΑΛΜΩΝ Τεχνικά Χαρακτηρηστικά Τάση εισόδου120/230/240 Volts-AC 50/60HzΑσφάλεια10AmpsΙσχύς2500VA (1500W) MAXΈξοδοςΣύνθετο παλμικό επαγόμενο μαγνητικό πεδίο, ως προς ταλαντοσκόπιο, με συνεχώς μειούμενη ένταση κατά τη διάρκεια κάθε σύνθετου παλμού, στιγμιαίο αρχικό peak ampere - turns max, που αντιστοιχεί σε 480Gauss (MAX), διαμορφωμένο από ταλαντώσεις ατμοσφαιρικού πλάσματος με τη μέθοδο PAP.Ενέργεια ανά παλμό96 Joules (MAX)ΣυχνότηταΣυνεχή στοιχεία αρμονικής Fourier από 0,2 MHz ως 300 MHz (PEAK AT 240kHz).Δραστική εμβέλεια15cm MAX, ελαττώνεται ανάλογα με το κύβο της απόστασης.βάρος~80kgη συσκευή είναι κατηγορίας ΙΙα τύπου BF. Διαθέτει πολλαπλά συστήματα ασφαλείας τα οποία λειτουργούν παράλληλα και ανεξάρτητα, ώστε η περίπτωση ατυχήματος να είναι πραγματικά αδύνατη. Εντός της δραστικής εμβέλειας του πεδίου δεν πρέπει να βρίσκονται ηλεκτρονικές ή ηλεκτρικές συσκευές καθώς και μεταλλικά αντικείμενα. Όπως προκύπτει πριν την εφαρμογή απομακρύνουμε ηλεκτρονικές συσκευές (π.χ. κινητά ή ασύρματα τηλέφωνα, κλειδιά, χειριστήρια συναγερμών ή αυτόματων πορτών κτλ) και μεταλλικά αντικείμενα (π.χ. χρυσαφικά, κοσμήματα, ζώνη). 18

19 ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ Η αναλγησία, που επιτυγχάνεται με την απελευθέρωση της ενδορφίνης της εγκεφαλίνης, η οποία δρα σαν ανασταλτικό του πόνου. Η ρύθμιση της διαπερατότητας της κυτταρικής μεμβράνης στα ιόντα Να και Κ. Όταν διαταραχθεί η λειτουργία της κυτταρικής μεμβράνης τα ηλεκτρομαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία πολώνουν τα κύτταρα και δίνουν σ' αυτά την ενέργεια που χρειάζονται για να αποκατασταθεί η ηλεκτροστατική ισορροπία, θέτοντας την αντλία Κ-Να πάλι στην αρχική φυσιολογική λειτουργία της. Με αυτό τον τρόπο τα μαγνητικά πεδία βοηθούν στην υποχώρηση των φλεγμονών και μείωση των οιδημάτων και το κύτταρο λειτουργεί και πάλι φυσιολογικά. Η ρύθμιση του μεταβολισμού των γλυκιδίων, λιπιδίων και πρωτεϊνών, που είναι συνέπεια της ευνοϊκής επιρροής του συμπαθητικού και παρασυμπαθητικού συστήματος. Η εξισορρόπηση των ορμονικών εκκρίσεων. Η αύξηση του αμυντικού συστήματος με αύξηση των λευκών αιμοσφαιρίων, αιμοπεταλίων και γ-σφαιρίνης. Η αύξηση του κολλαγόνου, λόγω μείωσης του κυκλικού αδενοσινμονοφωσφορικού οξέος (AMP). Η μείωση των οστεοκλαστών. Η αύξηση της ασβεστοποίησης, των οστεοβλαστών και της προσταγλαδίνης. Η αύξηση της αιμάτωσης και της απορρόφησης του οξυγόνου. Η δέσμευση των ελεύθερων ριζών. Θετικά αποτελέσματα στην αποκατάσταση τραυματικών καταστάσεων μυών και σε χρόνιες παθήσεις του κινητικού συστήματος. Αντιφλεγμονώδης δράση. Η αύξηση του μεταβολισμού και της βιολογικής δραστηριότητας των κυττάρων. 19

20 20

21 Κίνηση Συνοπτική Φυσιολογία του Ανθρώπου (Κεφάλαιο 7.5) Society for Neuroscience - Publications - Brain Briefings Neuroscience-The Science of the Brain BNA 21

22 22

23 Τα κινητικά συστήματα είναι ιεραρχικά οργανωμένα εγκέφαλος Παρεγκεφαλίδα Νωτιαίος µυελός Σπονδυλική στήλη Τρία επίπεδα ελέγχου: τον νωτιαίο μυελό, το εγκεφαλικό στέλεχος και τις κινητικές περιοχές του φλοιού των εγκεφαλικών ημισφαιρίων. 23

24 Ο νωτιαίος μυελός περιέχει τα κυτταρικά σώματα των κινητικών νευρώνων Οι νευράξονες των κινητικών νευρώνων του νωτιαίου μυελού εξέρχονται με τις κοιλιακές ρίζες των νωτιαίων νεύρων και καταλήγουν στις μυϊκές ίνες. 24

25 Η νευρομυϊκή σύναψη Κάθε μυϊκή ίνα νευρώνεται από ένα κινητικό νευρώνα. Ενας κινητικός νευρώνας και όλες οι μυϊκές ίνες που νευρώνει αποτελούν την κινητική μονάδα (κόκκινο χρώμα). Kαταγραφή της ηλεκτρικής δραστηριότητας του μυός (Ηλεκτρομυογράφημα, EMG) 25

26 Η κινητική μονάδα - Πώς ρυθμίζεται η έντασης της μυϊκής σύσπασης;; Μυϊκές ίνες Κινητική μονάδα Ο εγκέφαλος ελέγχει τη δύναμη της σύσπασης των μυών. Η ελεγχόμενη σύσπαση των μυών μας επιτρέπει να κινούμε τα άκρα μας. Το νευρικό σύστημα μπορεί να διαβαθμίσει τη δύναμη της μυϊκής σύσπασης με δύο τρόπους: 1. Μπορεί να μεταβάλλει τον αριθμό των δραστηριοποιούμενων κινητικών μονάδων (επιστράτευση). 2. Μπορεί να μεταβάλλει τον ρυθμό των δυναμικών ενέργειας σε έναν κινητικό νευρώνα (τροποποίηση του ρυθμού). Στην αριστερή εικόνα βλέπουμε ότι η ενεργητική τάση του μυός διαφέρει ανάλογα με το ρυθμό εκπόλωσης των κινητικών νευρώνων. 26

27 Οι μύες περιέχουν εξειδικευμένους μυϊκούς υποδοχείς οι οποίοι αντιλαμβάνονται διαφορετικά στοιχεία της κατάστασης του μυός Η μυϊκή άτρακτος ανιχνεύει το μήκος του μυός και την ταχύτητα αλλαγής του μήκους. Το τενόντιο όργανο, το οποίο ανιχνεύει την τάση του μυός, 1ο μάθημα 27

28 Οι λειτουργικές διαφορές μεταξύ των μυϊκών ατράκτων και τενόντιων οργάνων οφείλονται στη διαφορετική ανατομική διάταξή τους στον μυ Οι αισθητικές ίνες της ατράκτου εκπολώνονται με την διάταση του μυός. Οι αισθητικές ίνες του τενόντιου όργανου εκπολώνονται με την σύσπαση του μυός. 28

29 Το κεντρικό νευρικό σύστημα ελέγχει την ευαισθησία των μυϊκών ατράκτων μέσω των γ κινητικών νευρώνων Συνδραστηριοποίηση των κινητικών νευρώνων α και γ. Η άτρακτος δεν χαλαρώνει κατά τη διάρκεια της σύσπασης. 29

30 Νωταίος μυελός και αντανακλαστικές κινήσεις: τα μυοτατικά αντανακλαστικά εξυπηρετούν τη στάση του σώματος μας Το μυοτατικό αντανακλαστικό προκαλείται από τη διέγερση των μυϊκών ατράκτων. Το νευρωνικό κύκλωμα για το μυοτατικό αντανακλαστικό είναι μονοσυναπτικό. Τα μυοτατικά αντανακλστικά ρυθμίζουν τον μυϊκό τόνο. Μυϊκός τόνος είναι η δύναμη με την οποία ο μυς αντιστέκεται στην επιμήκυνση του. Το μυοτατικό αντανακλαστικό ενισχύει την ιδιότητα του ελατηρίου του μυός. 30

31 Τα αντανακλαστικά απόσυρσης μας προστατεύουν από βλαβερά αντικείμενα Ο ερεθισμός των δερματικών αισθητικών ινών, όπως είναι η ίνα από έναν αλγοϋποδοχέα, προκαλεί διέγερση των ομόπλευρων καμπτήρων μυών (αντανακλαστικό απόσυρσης - προστατευτικό αντανακλαστικό), ενώ παράγει την αντίθετη δραστηριότητα στο ετερόπλευρο άκρο (χιαστό αντανακλαστικό έκτασης). 31

32 Ρυθμικές κινήσεις ( βάδιση) Τα νωτιαία κυκλώματα που ελέγχουν την κάμψη απόσυρσης και τη χιαστή έκταση χρησιμεύουν επίσης στον συντονισμό των κινήσεων των άκρων κατά τις εκούσιες κινήσεις. 32

33 Η κορυφή της ιεραρχίας είναι ο κινητικός φλοιός Κινητικός φλοιός Φλοιονωτιαία οδός Εγκεφαλικό στέλεχος Νωτιαίος μυελός Ο κινητικός φλοιός δρα στους κινητικούς νευρώνες του νωτιαίου μυελού άμεσα με το φλοιονωτιαίο δεμάτιο και έμμεσα μέσω οδών του εγκεφαλικού στελέχους. Η ικανότητα οργάνωσης σύνθετων κινήσεων και εκτέλεσης λεπτών κινήσεων εξαρτάται από σήματα ελέγχου προερχόμενα από τις κινητικές περιοχές του φλοιού (προκεντρική έλικα μετωπιαίου λοβού). Η φλοιονωτιαία οδός (δεμάτιο) περιέχει 1 εκατομμύριο ίνες -50% από τον πρωτοταγή κινητικό φλοιό Ηλεκτρικός ερεθισμός προκαλεί κινήσεις στην αντίθετη πλευρά του σώματος (λόγω χιασμού). 33

34 Οι κινητικές περιοχές του φλοιού των εγκεφαλικών ημισφαιρίων εμφανίζουν σωματοτοπική οργάνωση Ο πρωτοταγής κινητικός φλοιός (πεδίο Brodmann 4) περιέχει έναν κινητικό χάρτη του σώματος, που σημαίνει ότι διαφορετικές περιοχές του κινητικού φλοιού ελέγχουν τις κινήσεις διαφορετικών μοιρών του σώματος. Η αλληλουχία της σωματοτοπικής αντιπροσώπευσης στον πρωτοταγή κινητικό φλοιό στον πίθηκο (Α) και στονάνθρωπο (Β) είναι όμοια, με τους αστραγάλους προς ταέσω και το πρόσωπο προς ταέξω. Στον κινητικό φλοιϊκό χάρτη όλα τα μέρη του σώματος δεν αντιπροσωπεύονται ισότιμα. Τα μέρη του σώματος που χρησιμοποιούνται σε εργασίες οι οποίες απαιτούν ακρίβεια και λεπτό έλεγχο, όπως είναι το πρόσωπο και τα χέρια, έχουν αναλογικά μεγαλύτερη αντιπροσώπευση στον κινητικό φλοιό. 34

35 Εγκεφαλικοί χάρτες Πειράματα Fritsch, Hitzig σε σκύλους, Νευρολόγος Hughlings Jackson και επιληψία. Το ανθρωπάριο του Penfield Wilder Penfield ( ) νευροχειρούργος, ιδρυτής του Νευρολογικού Ινστιτούτου του Montreal 35

36 Εκούσια κίνηση Προκινητικές περιοχές Τα ανώτερα κινητικά κέντρα ελέγχουν δύο θεμελιώδη χαρακτηριστικά των εκούσιων κινήσεων: οι εκούσιες κινήσεις προγραμματίζονται σύμφωνα με τους στόχους της κίνησης και οι εκούσιες κινήσεις προσαρμόζονται σταειδικά χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος. Δύο κινητικές περιοχές του φλοιού των μετωπιαίων λοβών: πρωτοταγή κινητική περιοχή και προκινητική περιοχή. 36

37 Οι νευρώνες του πρωτοταγούς κινητικού φλοιού κωδικεύουν την ισχύ των εκούσιων κινήσεων Α Β Οι νευρώνες του κινητικού φλοιού ενεργοποιούνται 100msec πριν από την μυϊκή σύσπαση. Ο πρωτοταγής κινητικός φλοιός συμμετέχει στην έναρξη της κίνησης (Α) και την ένταση της δύναμης (Β). 37

38 Η κατεύθυνση της κίνησης κωδικεύεται από πληθυσμούς νευρώνων του πρωτοταγούς κινητικού φλοιού και όχι από επιμέρους κύτταρα Οι φλοιϊκοί νευρώνες είναι ευρέως συντονισμένοι προς την κατεύθυνση της κίνησης: επιμέρους νευρώνες συμμετέχουν κυρίως σε κινήσεις προς ορισμένη κατεύθυνση προτίμησης, αλλά επίσης σε κινήσεις προς διάφορες κατευθύνσεις (αριστερή εικόνα, πειράματα ομάδας Απόστολου Γεωργόπουλου). 38

39 Οι προκινητικές περιοχές του φλοιού προετοιμάζουν τα κινητικά συστήματα για την κίνηση Οι προκινητικές περιοχές παίζουν ρόλο στον σχεδιασμό κινήσεων προς συγκεκριμένο στόχο - εμφανίζουν σωματοτοπική οργάνωση και προβάλλουν στον πρωτοταγή κινητικό φλοιό, σε υποφλοιϊκές δομές και στο νωτιαίο μυελό. Βλάβες των προκινητικών περιοχών διαταράσσουν την ικανότητα ανάπτυξης κατάλληλης στρατηγικής για την κίνηση. Στους ανθρώπους βλάβες της συμπληρωματικής κινητικής περιοχής ή του οπίσθιου βρεγματικού φλοιού οδηγούν σε απραξίες (ανικανότητα εκτέλεσης σύνθετων εργασιών, π.χ., βούρτσισμα δοντιών, χτένισμα). 39

40 Η συμπληρωματική κινητική περιοχή προγραμματίζει τις κινητικές αλληλουχίες και συντονίζει τις αμφοτερόπλευρες κινήσεις Η δραστηριότητα των νευρώνων στη συμπληρωματική κινητική περιοχή δεν συνδέεται άμεσα με την εκτέλεση των κινήσεων, αλλά με τον σχεδιασμό. Πειράματα της δεκαετίας του 1980 από την ομάδα του Per Roland 1ο μάθημα 40

41 Ευχαριστώ για την προσοχή σας Θα συνεχίσουμε στο επόμενο μάθημα 41