DISPOSITIVI ED ADATTAMENTI COMPLEMENTARI ALLA GUIDA PER DISABILI (ANALISI DELLA MOVIMENTAZIONE DI UN SOGGETTO

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Laboratorio di Bioingegneria Industriale Tesi di Laurea DISPOSITIVI ED ADATTAMENTI COMPLEMENTARI ALLA GUIDA PER DISABILI (ANALISI DELLA MOVIMENTAZIONE DI UN SOGGETTO DISABILE DA CARROZZINA A SEDILE D AUTOVEICOLO) Relatore Prof. Paolo Pascolo Laureando Andrea Bolzan Correlatori Sergio Raimondo Giovanni De Piero Anno Accademico 2007/08

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3 SOMMARIO L obbiettivo di questa tesi è lo studio cinematico delle fasi di accesso ad un autoveicolo da parte di soggetti disabili, nella fattispecie mielolesi, ed una prima valutazione delle tecniche impiegate per tale studio. È stata compiuta una iniziale ricerca per comprendere i problemi patologici di tali soggetti e le difficoltà, dipendenti dalle capacità residue soggettive, che essi incontrano nello svolgimento del gesto considerato. Inoltre, si sono esaminati gli ausili e gli adattamenti per gli autoveicoli attualmente esistenti in commercio. In particolare si è trattato il problema del passaggio da carrozzina a sedile d autoveicolo e viceversa, tralasciando di proposito i cosiddetti sistemi "up & go" che permettono la guida direttamente da carrozzina, richiedendo però veicoli di una particolare tipologia e modifiche consistenti ed irreversibili agli stessi. Per lo studio si è fatto ricorso ad un sistema optocinetico che ha permesso l acquisizione dei dati delle varie fasi dell atto motorio ed una loro successiva elaborazione ed analisi. Infine, si è cercato di interpretare i dati rilevati e la bontà delle misure eseguite confrontandoli con quelli acquisiti nel caso di soggetti normodotati e con quanto presente in letteratura riguardante prove analoghe. III

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5 INDICE INDICE GENERALE SOMMARIO INDICE III V INDICE GENERALE INDICE DELLE TABELLE INDICE DELLE FIGURE V VII VII INTRODUZIONE 1 CAPITOLO 1 ANATOMIA DEL SISTEMA NERVOSO INTRODUZIONE SISTEMA NERVOSO CENTRALE LA COLONNA VERTEBRALE SISTEMA NERVOSO PERIFERICO SISTEMA NERVOSO AUTONOMO 15 CAPITOLO 2 LE LESIONI DEL MIDOLLO SPINALE GENERALITÀ RELAZIONE TRA LIVELLO NEUROLOGICO E POSSIBILITÀ DI RECUPERO FUNZIONALE LESIONI COMPLETE ED INCOMPLETE DEL MIDOLLO SPINALE LESIONI INCOMPLETE LESIONI COMPLETE 29 CAPITOLO 3 AUSILI ED ADATTAMENTI DEFINIZIONI E CONCETTI GENERALI CLASSIFICAZIONE DEGLI AUSILI MOBILITÀ E GUIDA LA CARROZZINA MATERIALI PER LA COSTRUZIONE DEL TELAIO ADATTAMENTI COMPLEMENTARI ALLA GUIDA PRESENTI SUL MERCATO MANIGLIA RIMOVIBILE RIBALTINA MANUALE OD ELETTRICA PIASTRA GIREVOLE CON AVANZAMENTO PIASTRA GIREVOLE ELETTRICA GRUETTA SOLLEVA PERSONE CARROZZINA AUTOTRASLANTE 47 V

6 INDICE 3.4 CONSIDERAZIONI GENERALI SULLA SCELTA DELL AUSILIO ALCUNI SISTEMI BREVETTATI APPARATO PER LA MOVIMENTAZIONE DI UNA CARROZZINA VERSO L INTERNO E L ESTERNO DI UN AUTOMOBILE [LANIER J., 1985] APPARATO PER IL TRASFERIMENTO DI DISABILI [SUMRALL J.L., 1992] SEDILE D AUTOMOBILE PER DISABILI [ZALEWSKI W., 1992] SEDIA A ROTELLE SMONTABILE [CHUNG TIEN-TUNG, SU YUN-CHIN, HUANG CHUN-SHUO, 2007] AUTOVEICOLO ADATTATO PER GUIDATORI DISABILI [TODD R.E., 1984] MECCANISMO DI ROTAZIONE PER SEDILE D AUTOMOBILE [CHUNG TIEN-TUNG, SHEN HSIU-CHU, 2006] SEDILE GIREVOLE PER AUTOVEICOLO [YUNDT N.K., KINKAID D., 2000] TRASPORTO DI DISABILI O DI PERSONE INVALIDE [SOUTHWARD L.B., SIMPSON C.J., TUMBRIDGE C.R., 1979] ALCUNE RICERCHE E STUDI 57 CAPITOLO 4 TECNICHE PER L ANALISI DEL MOVIMENTO INTRODUZIONE LO STUDIO DEL MOVIMENTO E L APPROCCIO BIOMECCANICO MISURE SPERIMENTALI PER L ANALISI DEL MOVIMENTO MISURE CINEMATICHE MISURE DINAMICHE ELETTROMIOGRAFIA ANALISI MEDIANTE MODELLI BIOMECCANICI MODELLO A SEGMENTI RIGIDI DEL CORPO UMANO DEFINIZIONE E CALCOLO DEL CENTRO DI MASSA CORPOREO DEFINIZIONE DI ANGOLO ANATOMICO ED ARTICOLARE MODELLAZIONE DEL MOVIMENTO: ISTANTI DI INIZIO E DI FINE DELL ATTO MOTORIO IL SISTEMA ACMOTION GENERALITÀ IL RICONOSCIMENTO DEI MARKER L ANALISI BIDIMENSIONALE E TRIDIMENSIONALE 83 CAPITOLO 5 ANALISI DEL TRASFERIMENTO GENERALITÀ IL TRASFERIMENTO E LE SUE FASI RISULTATI OPTOCINETICI E CINEMATICI METODOLOGIA SPERIMENTALE ADOTTATA RISULTATI SPERIMENTALI CONSIDERAZIONI 106 CAPITOLO 6 CONCLUSIONI 111 RINGRAZIAMENTI 115 BIBLIOGRAFIA 117 VI

7 INDICE INDICE DELLE TABELLE TABELLA 2-1: LIVELLO NEUROLOGICO E COMPLETEZZA DEL DANNO AL MIDOLLO SPINALE [P. O CONNOR, 2002]...18 TABELLA 2-2: TIPO DI LESIONE SULLA BASE DEI VARI FATTORI CHE CARATTERIZZANO L INCIDENTE STRADALE [P. O CONNOR, 2002]...18 TABELLA 2-3: CLASSIFICAZIONE DEI CASI SULLA BASE DEL LUOGO DELL INCIDENTE, DEL NUMERO D AUTO COINVOLTE E DEL TIPO DI INCIDENTE [P. O CONNOR, 2002]...19 TABELLA 2-4: CLASSIFICAZIONE DEI CASI SULLA BASE DEL LUOGO D INCIDENTE, DEL TIPO D AUTO E DEL TIPO D INCIDENTE PER UNA SINGOLA AUTO COINVOLTA [P. O CONNOR, 2002]...19 TABELLA 3-1: E = MODULO ELASTICO; RS = CARICO DI SNERVAMENTO; RM = CARICO DI ROTTURA; P.SPC = PESO SPECIFICO; A% = ALLUNGAMENTO PERCENTUALE...42 TABELLA 3-2: DATI TECNICI CARONY AUTOADAPT...49 TABELLA 3-3: CATALOGAZIONE AUTOVETTURE IN FUNZIONE DELL AUSILIO DA INSTALLARE (MOBILITY-TREND )...50 TABELLA 4-1: CONFRONTO FRA VARI METODI DI RAPPRESENTAZIONE DEL COLORE...80 TABELLA 5-1: SPOSTAMENTO ANGOLARE E VELOCITÀ ANGOLARE DEL TRONCO [GAGNON ET AL., 2008]...97 TABELLA 5-2: MISURE RILEVATE SUI VOLONTARI E LORO AUTOVEICOLI...99 TABELLA 5-3: VELOCITÀ ANGOLARI, DURATE E PAUSE DEL GESTO INDICE DELLE FIGURE FIGURA 1-1: NEURONE...3 FIGURA 1-2: NEURONE E CELLULE GLIALI...3 FIGURA 1-3: SISTEMA NERVOSO...4 FIGURA 1-4: SISTEMA NERVOSO CENTRALE E NERVI SPINALI...5 FIGURA 1-5: FIBRE NERVOSE ASCENDENTI E DISCENDENTI...5 FIGURA 1-6: SEZIONE TRASVERSALE DEL MIDOLLO SPINALE...6 FIGURA 1-7: COLONNA VERTEBRALE...7 FIGURA 1-8: SEGMENTO DI COLONNA VERTEBRALE: A) VISTA DI UNA VERTEBRA LOMBARE DALLA PARTE POSTERIORE VERSO LA PARTE ANTERIORE DELLA COLONNA VERTEBRALE; B) VISTA LATERALE DI UNA VERTEBRA LOMBARE...7 FIGURA 1-9: RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELL ORIENTAZIONE DELLE FACCETTE ARTICOLARI DI UNA TIPICA VERTEBRA A) CERVICALE, B) DORSALE, C) LOMBARE...8 FIGURA 1-10: RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELLE VISTE ANTEROPOSTERIORE, LATERALE E CRANICOCAUDALE DI UNA VERTEBRA A) CERVICALE, B) TORACICA, C) LOMBARE...8 FIGURA 1-11: LEGAMENTI DELLA COLONNA VERTEBRALE...9 FIGURA 1-12: DISCHI INTERVERTEBRALI...9 FIGURA 1-13: CANALE VERTEBRALE...9 FIGURA 1-14: RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELLA SEZIONE TRASVERSALE DI UNA VERTEBRA CERVICALE...10 FIGURA 1-15: SUDDIVISIONE DELLE VERTEBRE...10 FIGURA 1-16: FORMAZIONE DEL NERVO SPINALE...11 FIGURA 1-17: RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DEI PUNTI D'USCITA DELLE RADICI DEI NERVI CERVICALI...12 FIGURA 1-18: NATURA ELETTRICA DEI MESSAGGI CHE DETERMINANO L AZIONE RIFLESSA...12 FIGURA 1-19: SCHEMATIZZAZIONE DELL AZIONE RIFLESSA...13 FIGURA 1-20: NERVI SPINALI...14 FIGURA 1-21: RELAZIONE TRA SEGMENTO MIDOLLARE ED AREA DEL CORPO CONTROLLATA...14 FIGURA 2-1: LESIONI MIDOLLARI DA EVENTI TRAUMATICI: LE CAUSE [GISEM, 2000]...17 FIGURA 2-2: LESIONI MIDOLLARI DA EVENTI TRAUMATICI NEI DUE SESSI [GISEM, 2000]...17 FIGURA 2-3: FRATTURA VERTEBRALE...19 FIGURA 2-4: COMPRESSIONE DEL MIDOLLO DA PARTE DELLA FRATTURA VERTEBRALE...20 VII

8 INDICE FIGURA 2-5: TABELLA ASIA...21 FIGURA 2-6: AREE DEL MIDOLLO SPINALE...25 FIGURA 2-7: SINDROME DEL MIDOLLO ANTERIORE...26 FIGURA 2-8: SINDROME DELL'ARTERIA ANTERIORE...26 FIGURA 2-9: SINDROME DEL MIDOLLO POSTERIORE...27 FIGURA 2-10: SINDROME DEL MIDOLLO CENTRALE...27 FIGURA 2-11: SINDROME DI BROWN-SÉQUARD...28 FIGURA 2-12: SINDROMI DEL CONO E DELLA CAUDA EQUINA...28 FIGURA 2-13: SINDROME SACRALE PARZIALE...28 FIGURA 2-14: EMIPLEGIA...29 FIGURA 2-15: TETRAPLEGIA...30 FIGURA 2-16: PARAPLEGIA...31 FIGURA 3-1: CARROZZINA LEGGERA PER USO QUOTIDIANO...39 FIGURA 3-2: ANGOLO DI CAMBER...40 FIGURA 3-3: MANIGLIA HANDYBAR (KIWI )...43 FIGURA 3-4: RIBALTINA MANUALE (KIWI )...44 FIGURA 3-5: RIBALTINA ELETTRICA (KIWI )...45 FIGURA 3-6: VERTICALIZATORE...45 FIGURA 3-7: PIASTRA GIREVOLE CON AVANZAMENTO (HANDYTECH )...46 FIGURA 3-8: PIASTRA GIREVOLE ELETTRICA (HANDYTECH )...46 FIGURA 3-9: GRUETTA SOLLEVA PERSONE (HANDYTECH )...47 FIGURA 3-10: ROTAZIONE DELLA PIASTRA FINO ALLA FUORIUSCITA DALL'ABITACOLO (CARONY, AUTOADAPT )...48 FIGURA 3-11: AGGANCIO DELLA BASE DELLA CARROZZINA ALLA PIASTRA GIREVOLE ED INGRESSO SEDILE (CARONY, AUTOADAPT )...48 FIGURA 3-12: SGANCIAMENTO DELLA BASE DELLA CARROZZINA DALLA PIASTRA GIREVOLE E ROTAZIONE DEL SEDILE ALL'INTERNO DELL'ABITACOLO(CARONY, AUTOADAPT )...48 FIGURA 3-13: SEDILE ANATOMICO RIBASSATO (BEV-SEAT AUTOADAPT )...49 FIGURA 3-14: MISURE DA RILEVARE PER L INSTALLAZIONE (MOBILITY-TREND )...51 FIGURA 3-15: MOVIMENTAZIONE CARROZZINA...52 FIGURA 3-16: IMBARCO CARROZZINA...52 FIGURA 3-17: DISPOSITIVO DI CARICO...52 FIGURA 3-18: SEDILE PER DISABILI...53 FIGURA 3-19: SEDIA A ROTELLE SMONTABILE...53 FIGURA 3-20: SCORRIMENTO DEL SEDILE VERSO L'ESTERNO...54 FIGURA 3-21: IMBARCO CARROZZINA SULLA PORTIERA...54 FIGURA 3-22: MECCANISMO DI ROTAZIONE PER SEDILE D AUTOMOBILE...55 FIGURA 3-23: SEDILE GIREVOLE...56 FIGURA 3-24: SISTEMA DI TRASPORTO PER DISABILI...56 FIGURA 3-25: IMMAGINI DAL SIMULATORE 3D, SOLUZIONE SERVOASSISTITA [CAMBIAGHI ET AL., 2002]...57 FIGURA 3-26: SERVOMECCANISMO SOLLEVATORE [CAMBIAGHI ET AL., 2002]...58 FIGURA 3-27: SEQUENZA D INGRESSO AL POSTO GUIDA [CAMBIAGHI ET AL., 2002]...58 FIGURA 3-28: SEQUENZA D'ACCESSO PROGETTO MARGO [CAMBIAGHI ET AL., 2002]...59 FIGURA 3-29: PEDANA ABBASSABILE [CAMBIAGHI ET AL., 2002]...59 FIGURA 4-1: ORGANIZZAZIONE AD ANELLO CHIUSO DEL MOVIMENTO VOLONTARIO...62 FIGURA 4-2: PIATTAFORMA DINAMOMETRICA...67 FIGURA 4-3: SINAPSI TRA MOTONEURONE E FIBRA MUSCOLARE...68 FIGURA 4-4: MODELLO CINEMATICO A SEGMENTI RIGIDI...71 FIGURA 4-5: SISTEMA DI RILEVAMENTO ANTROPOMETRICO [GRIECO E MASALI, 1972]...72 FIGURA 4-6: PESI E DISPOSIZIONI DEI BARICENTRI DEI SINGOLI SEGMENTI CORPOREI...74 FIGURA 4-7: SISTEMA DI PIANI PERPENDICOLARI UTILIZZATO PER LA DEFINIZIONE DEI PIANI DI MOVIMENTO DI CIASCUNA ARTICOLAZIONE [WINTER, 1990]...75 FIGURA 4-8: ANGOLI DI EULERO...77 FIGURA 4-9: VISUALIZZAZIONE DEI PIXEL AVENTI IL COLORE IMPOSTATO NEL RANGE DI TOLLERANZA, ESPRESSO DAI TRE VALORI DEL PANNELLO A DESTRA (TARATURA DEL ROSSO, DEL BLU E DEL VERDE)...79 FIGURA 4-10: VELOCITÀ ED ACCELERAZIONI. L'ERRORE DATO DAL NON PERFETTO RICONOSCIMENTO VIII

9 INDICE DEL BARICENTRO DEL MARKER SI TRADUCE IN UN RUMORE SOVRAPPOSTO ALL ANDAMENTO DELLA TRAIETTORIA NEL TEMPO. TALE RUMORE VIENE AMPLIFICATO NEL CALCOLO DELLE VELOCITÀ (A SINISTRA) E DELLE ACCELERAZIONI (A DESTRA)...82 FIGURA 4-11: STICK DIAGRAM...85 FIGURA 4-12: VISUALIZZAZIONE DI UN FRAME DEL FILMATO RICOSTRUITO DA ACMOTION...85 FIGURA 4-13: TRAIETTORIA DI UN SINGOLO MARKER...86 FIGURA 4-14: SVOLGIMENTO DELLA TRAIETTORIA DEL MARKER LUNGO L ASSE DEL TEMPO...87 FIGURA 4-15: ANGOLO ASSOLUTO DI UN MEMBRO...88 FIGURA 4-16: ANGOLO RELATIVO TRA DUE MEMBRI...89 FIGURA 4-17: VELOCITÀ ED ACCELERAZIONE ANGOLARE: È VISIBILE COME IL RUMORE DATO DAL CATTIVO RICONOSCIMENTO DEL BARICENTRO DEL MARKER VENGA AMPLIFICATO NEL PROCESSO DI DERIVAZIONE...90 FIGURA 5-1: FASI DI CARICAMENTO SUGLI ARTI INFERIORI E DI ALZATA...92 FIGURA 5-2: FASI DI ROTAZIONE E SALITA...92 FIGURA 5-3: INTRODUZIONE DEGLI ARTI INFERIORI E SUCCESSIVAMENTE DEL TRONCO...92 FIGURA 5-4: PRESA SUL MONTANTE ESTERNO...93 FIGURA 5-5: FASI DEL TRASFERIMENTO [GAGNON ET AL., 2008]...94 FIGURA 5-6: GRAFICI DEGLI SPOSTAMENTI ANGOLARI MEDI TEMPO-NORMALIZZATI PER TRONCO E ARTI SUPERIORI PER SEDUTA FISSATA A TRE DIVERSE ALTEZZE. LE FASI DI PRE-ALZATA, ALZATA E ROTAZIONE E SEDUTA SONO INDICATE CON LINEE VERTICALI TRATTEGGIATE [GAGNON ET AL., 2008]...96 FIGURA 5-7: GRAFICI DELLE VELOCITÀ ANGOLARI MEDIE TEMPO-NORMALIZZATE PER TRONCO E ARTI SUPERIORI PER SEDUTA FISSATA A TRE DIVERSE ALTEZZE. LE FASI DI PRE-ALZATA, ALZATA E ROTAZIONE E SEDUTA SONO INDICATE CON LINEE VERTICALI TRATTEGGIATE [GAGNON ET AL., 2008]...97 FIGURA 5-8: SCHERMATA DI ACQUISIZIONE DI ACMOTION...98 FIGURA 5-9: TRAIETTORIA DEI TRE MARKER DEL BRACCIO DI UN SOGGETTO NORMODOTATO DURANTE LA FASE DI SALITA (LATO GUIDA) FIGURA 5-10: TRAIETTORIA DEI TRE MARKER DEL BRACCIO DI UN SOGGETTO DISABILE DURANTE LA FASE DI SALITA (LATO GUIDA) FIGURA 5-11: STICK DIAGRAM DEL TRONCO DI UN SOGGETTO NORMODOTATO DURANTE LA FASE DI SALITA (LATO GUIDA) FIGURA 5-12: STICK DIAGRAM DEL TRONCO DI UN SOGGETTO DISABILE CHE ADOTTA LA PRIMA STRATEGIA DI SALITA DESCRITTA (LATO GUIDA) FIGURA 5-13: STICK DIAGRAM DEL TRONCO DI UN SOGGETTO DISABILE CHE ADOTTA LA SECONDA STRATEGIA DI SALITA DESCRITTA (LATO GUIDA) FIGURA 5-14: CONVENZIONE PER GLI ANGOLI ADOTTATA IN ACMOTION FIGURA 5-15: VELOCITÀ ANGOLARE DEL TRONCO DURANTE LA FASE DI SALITA NEL CASO DEL SOGGETTO DISABILE NUMERO 9 (LATO GUIDA) FIGURA 5-16: VELOCITÀ ANGOLARE DEL TRONCO DURANTE LA FASE DI SALITA NEL CASO DEL SOGGETTO DISABILE NUMERO 10 (LATO GUIDA) FIGURA 5-17: VELOCITÀ ANGOLARE DEL TRONCO DURANTE LA FASE DI SALITA NEL CASO DI SOGGETTO NORMODOTATO (LATO GUIDA) FIGURA 5-18: INTERDIPENDENZA TRA CAPACITÀ RESIDUA, AUSILIO E TIPOLOGIA DI VETTURA FIGURA 5-19: LARGHEZZA DEL BORDO INFERIORE D'ACCESSO PER VOLKSWAGEN GOLF PLUS IX

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11 INTRODUZIONE Esistono numerose tipologie di disabilità, caratterizzate da capacità residue variabili da caso a caso, nonostante le quali è possibile la guida di veicoli a motore (in particolare di automobili di normale produzione) od anche il semplice accesso al veicolo come passeggero, senza l utilizzo di particolari ausili che comportino interventi significativi sull abitacolo o sulla carrozzeria. Per un disabile il momento più critico della fase dello spostamento è l ingresso o l uscita dall autovettura, momento in cui perde parte dell autonomia conseguita, arrivando, in taluni casi (soprattutto per i soggetti tetraplegici) ad essere completamente dipendente dall accompagnatore. Ciò va ad ostacolare quello che è il bisogno di muoversi insito in ogni individuo e la sua autonomia. L obbiettivo del presente lavoro è quello di analizzare la fase di passaggio da carrozzina a sedile d autoveicolo (e viceversa) e gli ausili attualmente presenti progettati per facilitare tale gesto. L analisi compiuta ha come scopo ultimo l ottenimento di informazioni utili al benessere umano tramite un processo di ottimizzazione del gesto, rilevando, se possibile, eventuali errori nella strategia motoria adottata. Per lo sviluppo di tale indagine, ci si è quindi indirizzati verso un tipo di disabilità che consentisse di ottenere risultati la cui validità potesse essere estesa ad un numero non troppo ristretto di casi. La scelta pertanto è caduta su soggetti tetra e paraplegici, caratterizzati da diverse capacità residue. Grazie alla collaborazione con l Associazione Tetra-Paraplegici del Friuli Venezia Giulia e con il centro di riabilitazione sociale e sanitario Progetto Spilimbergo, è stato possibile intervistare ed analizzare dieci soggetti volontari. Si è inoltre cercato di comprendere se l approccio adottato per lo studio del problema e gli strumenti utilizzati per svolgere un analisi quantitativa del fenomeno, fossero adeguati o meno allo scopo prefisso, non essendo stato purtroppo possibile reperire in letteratura molte informazioni riguardanti tale problematica, a causa della scarsità di materiale presente sull argomento. L atto motorio considerato è stato sottoposto ad analisi optocinetica utilizzando il software ACMOTION. Tale sistema è stato sviluppato in collaborazione col laboratorio di meccanica funzionale dell ospedale Gervasutta di Udine. Le modalità e le strategie d accesso all autoveicolo da parte di un soggetto disabile, così come la scelta di un particolare adattamento, sono strettamente legate a quelle che sono le capacità residue dell individuo che, pur potendo variare da caso a caso, dipendono innanzitutto dalla patologia esistente. Tale patologia, nel caso di soggetti tetra e paraplegici, riguarda le lesioni al midollo spinale che possono essere di natura traumatica o meno. Pertanto, per inquadrare la natura e le cause del problema affrontato, nel Primo Capitolo viene descritta innanzitutto l anatomia del sistema nervoso umano. Vengono brevemente passati in rassegna i suoi componenti, le sue proprietà, le sue caratteristiche e modalità di funzionamento. Ciò è necessario per poter comprendere quanto successivamente esposto nel Secondo Capitolo, che tratta in modo specifico le lesioni del midollo spinale. Esse vengono suddivise principalmente in due gruppi: 1

12 INTRODUZIONE lesioni complete e lesioni incomplete. In funzione della zona del midollo interessata, tali lesioni possono andare ad intaccare la funzionalità di diverse aree del corpo umano, in modo più o meno marcato, e quindi da loro discende l entità e la tipologia di capacità residua presente. Essa può tuttavia, entro certi limiti, migliorare con specifiche terapie e con l allenamento, così come, d altro canto, peggiorare con l età del soggetto o l aggravarsi della patologia. Nel Terzo Capitolo si definisce il concetto d ausilio, facendo riferimento anche alla definizione data dallo standard internazionale ISO 9999, aggiornato nel Viene illustrata una classificazione degli ausili basata su tale standard ed una ad essa parallela. Nel seguito del capitolo, viene poi presentato un elenco degli ausili e dei dispositivi progettati e commercializzati per cercare di risolvere il problema in esame, partendo però da alcune valutazioni su quello che è e resta l ausilio principale per la classe di disabili considerata, nonché il punto di partenza dell atto motorio esaminato, ovvero la carrozzina. Tale elenco ragionato è frutto di ricerche ed interviste presso alcuni rivenditori ed installatori. Il Quarto Capitolo è dedicato alle tecniche ed alle metodologie per l analisi del movimento umano. Si illustrano le diverse tipologie di misurazioni sperimentali, il modello biomeccanico del corpo umano a segmenti rigidi a cui si è fatto riferimento ed alcune problematiche connesse a tali misurazioni. Viene infine descritto il sistema optocinetico ACMOTION, esaminandone caratteristiche, modalità di funzionamento, potenzialità e limiti. Tali limiti sono dovuti innanzitutto alle difficoltà di riconoscimento dell esatta posizione del baricentro del marker. L analisi è stata condotta nel Capitolo Quinto. Essa è stata affrontata secondo un duplice approccio. Un primo approccio qualitativo, basato sull analisi dei vari filmati, ha permesso una iniziale comprensione dell azione motoria ed una sua possibile scomposizione. Questo ci ha permesso di porre le basi per una successiva trattazione più rigorosa del fenomeno, condotta con il sistema optocinetico già citato sopra. Vengono riportate le misurazioni effettuate sui volontari ed i risultati ottenuti sottoforma di grafici delle velocità angolari di alcuni segmenti corporei. Per avere un termine di paragone, i risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli acquisiti nel caso di soggetti normodotati. Seguono alcune considerazioni sugli esiti ottenuti e su possibili sviluppi. 2

13 Capitolo 1 ANATOMIA DEL SISTEMA NERVOSO 1.1 INTRODUZIONE Il sistema nervoso gestisce tutte le nostre funzioni: sia quelle della "vita di relazione", come pensare, ricordare, parlare, muoversi, sia quelle della "vita vegetativa", come la circolazione del sangue, la digestione, la respirazione, ecc.. Il sistema nervoso dell uomo è costituito da una rete di milioni di cellule che comunicano tra di loro mediante impulsi elettrici. Queste cellule si chiamano neuroni. La loro dimensione va da 4 a 140 millesimi di millimetro e le loro forme sono assai diverse. Osservando un neurone (Figura 1-1) al microscopio si nota che esso possiede alcuni piccoli prolungamenti che si chiamano dendriti (che ricevono informazioni da altri neuroni), ed un prolungamento lungo e semplice che si chiama neurite o assone (che trasmette il messaggio ricevuto ad un altro neurone o verso le cellule di destinazione, ad esempio le fibre muscolari, per mezzo di un singolo impulso). Figura 1-1: Neurone I neuroni sono cellule eccitabili specializzate nella ricezione di stimoli e nella conduzione degli impulsi provenienti dai nervi e servono a trasmettere informazioni ad altre parti del corpo. Essi usano impulsi elettrici e segnali chimici per la trasmissione di informazioni tra le diverse aree del cervello e tra il cervello ed il resto del sistema nervoso. Tutto ciò che l uomo pensa e sente non sarebbe possibile senza il lavoro dei neuroni e delle loro cellule di sostegno: le cellule gliali (dal greco colla), chiamate astrociti e oligodendrociti (Figura 1-2). Figura 1-2: Neurone e cellule gliali 3

14 ANATOMIA DEL SISTEMA NERVOSO Tali cellule hanno la funzione di sostenere, nutrire e difendere dalle infezioni il sistema nervoso, ma non quella di trasmettere messaggi nervosi. All interno del corpo cellulare c è un nucleo che controlla l attività della cellula e contiene il suo materiale genetico. I neuroni comunicano tra di loro attraverso l invio di composti chimici, chiamati neurotrasmettitori, in un piccolo spazio, chiamato sinapsi, tra assoni e dendriti di neuroni adiacenti. Ci sono tre classi di neuroni: neuroni sensoriali: portano informazioni dagli organi di senso al cervello; neuroni motori: hanno lunghi assoni e portano le informazioni dal sistema nervoso centrale ai muscoli ed alle ghiandole del corpo; interneuroni: hanno assoni corti e comunicano solo all interno della loro immediata regione. All interno di queste tre classi vi sono centinaia di tipi diversi di neuroni, ognuno con specifiche abilità in base al messaggio da trasmettere. Il sistema nervoso si suddivide in due parti principali: il sistema nervoso centrale ed il sistema nervoso periferico. Il primo è costituito dal cervello e dal midollo spinale (possiamo pensare al midollo spinale come ad un estensione del cervello), il secondo invece è composto dai nervi craniali, che fuoriescono dalle cellule neurali, e dai nervi spinali che si propagano dal midollo spinale. Sebbene i neuroni possono essere di varie grandezze e tipologie, come altre cellule, essi hanno una dimensione ed una funzione ben caratteristica, ovvero quella di trasportare stimoli ed impulsi. Una delle differenze principali tra i neuroni e le altre cellule è che i primi non si possono dividere e non possono formare nuove cellule: ciò impedisce che la struttura equilibrata del sistema nervoso venga distrutta dalla creazione di nuovi circuiti, ma significa anche che, se un nervo viene danneggiato, questo non può essere sostituito in alcun modo. Ci sono due tipi di neuroni: mielinico e non mielinico. La mielina è una guaina protettiva di materiale bianco isolante che circonda alcuni assoni. Le fibre degli assoni isolate dalla mielina possono trasmettere messaggi elettrici a una velocità di 90 metri al secondo, mentre le fibre senza mielina possono solo inviare messaggi a una velocità di uno o due metri al secondo. Una delle conseguenze di una lesione midollare è la demielinizzazione degli assoni. 1.2 SISTEMA NERVOSO CENTRALE Il sistema nervoso centrale è costituito dall'encefalo (cioè il cervello) e dal midollo spinale (Figura 1-3). Figura 1-3: Sistema nervoso 4

15 ANATOMIA DEL SISTEMA NERVOSO Come dice il suo stesso nome, è la "centrale" di comando del corpo, dove vengono analizzate le informazioni in arrivo e organizzate le risposte. Nell encefalo si elaborano le reazioni agli stimoli (fame, dolore, ecc.), le sensazioni ed i fenomeni dell intelligenza, della volontà, del sentimento. L encefalo si prolunga all indietro in un cordone chiamato midollo spinale, che è lungo circa 45 cm, ha un diametro di circa 1 cm ed è situato nel canale rachidiano. Il midollo spinale è collegato a sua volta con la periferia del corpo mediante dei lunghi "fili" cilindrici che si chiamano nervi spinali (ce ne sono 31 paia ed escono dal midollo ad intervalli regolari) che si diramano nelle varie parti dell organismo (Figura 1-4). Figura 1-4: Sistema nervoso centrale e nervi spinali Il midollo spinale assolve quindi soprattutto alle funzioni di collegamento tra il cervello e le parti periferiche del corpo. Per svolgere quest attività è percorso dai prolungamenti delle cellule nervose che, come si è detto prima, sono chiamati assoni o neuriti: alcuni di essi trasportano segnali nervosi in uscita dal cervello (fibre discendenti) ed altri, invece, segnali che salgono verso il cervello (fibre ascendenti) provenienti, mediante i nervi periferici, da ogni regione del nostro organismo (Figura 1-5). Figura 1-5: Fibre nervose ascendenti e discendenti 5

16 ANATOMIA DEL SISTEMA NERVOSO L encefalo ed il midollo spinale sono protetti da tre membrane: la dura madre, la quale ricopre la superficie interna del cranio e del canale rachidiano; è fibrosa ed è piuttosto spessa e resistente e con dei prolungamenti si interpone fra gli emisferi e fra il cervello ed il cervelletto, contribuendo a mantenere fissi i rapporti di ogni parte dell encefalo e del midollo; l aracnoide, membrana sottile che avvolge l encefalo ed il midollo passando come ponte sulla superficie di ogni depressione; la pia madre, membrana cellulo-vascolare sottilissima che copre tutta la superficie dell encefalo e del midollo spinale. Il suo carattere principale è quello di insinuarsi nei fori, nelle depressioni e nei solchi che limitano le circonvoluzioni. I vasi sanguinei della pia madre sono molto numerosi: si può dire che è una vastissima rete vascolare. Fra la meninge aracnoide e la pia madre circola un liquido che si chiama liquido cefalo-rachidiano, destinato alla protezione dell asse nervoso centrale. Detto liquido si forma nei ventricoli da alcuni prolungamenti della pia madre che penetrano in essi. Dai ventricoli laterali si diffonde lungo tutto il sistema nervoso centrale (encefalo e midollo spinale) inframmentendosi non solo fra aracnoide e pia madre ma anche penetrando nei ventricoli del cervello e nel canale dell ependima (di cui si parlerà più sotto) del midollo spinale. Se noi pratichiamo un taglio trasversale del midollo spinale, notiamo che esso presenta una specie di farfalla grigia nella parte centrale, circondata da un area di colore bianco (Figura 1-6). Nella parte grigia centrale risiedono soprattutto le cellule nervose (neuroni), mentre la parte bianca è occupata soprattutto dagli assoni. Il colore bianco di questa zona è dovuto alla presenza della mielina che è una sostanza isolante la quale avvolge come un manicotto gli assoni e, come già accennato precedentemente, consente una trasmissione più veloce e sicura del segnale nervoso, ricevendo i segnali elettrici dagli organi sensoriali e trasmettendoli a quelli effettori del sistema nervoso periferico. 6 Figura 1-6: Sezione trasversale del midollo spinale La sezione orizzontale del midollo mette in evidenza un solco anteriore ed uno posteriore che dividono il midollo nella parte destra e sinistra, tenute però insieme dalla sostanza grigia posta al centro, la quale tuttavia è attraversata da un canalino detto "canale dell ependima" che risale fino al cervello ed è in rapporto coi ventricoli cerebrali.

17 ANATOMIA DEL SISTEMA NERVOSO La colonna vertebrale Proprio per l importante funzione svolta, il midollo spinale è circondato e protetto da una robusta struttura ossea: la colonna vertebrale (Figura 1-7). La colonna vertebrale (o spina dorsale) è formata dalla sovrapposizione di 31 ossa chiamate vertebre, e si estende dalla base del cranio sino alla regione glutea. La colonna vertebrale è il centro di controllo della nostra postura e fornisce la nostra stabilità quando stiamo in piedi. A causa delle sue numerose funzioni, la colonna vertebrale è molto vulnerabile e possono verificarsi lesioni alle ossa stesse, ai legamenti che collegano le ossa, ai dischi che separano ciascuna vertebra dall altra, od ai muscoli che conferiscono il movimento alla spina dorsale. Figura 1-7: Colonna vertebrale La colonna vertebrale presenta quattro curve: la curva anteriore convessa sacrale che curva verso il ventre o regione pelvica; la lordosi lombare verso il retro; la cifosi toracica che curva verso la parte anteriore del torace; la lordosi cervicale che curva verso la parte posteriore del collo. Figura 1-8: Segmento di colonna vertebrale: A) Vista di una vertebra lombare dalla parte posteriore verso la parte anteriore della colonna vertebrale; B) Vista laterale di una vertebra lombare 7

18 ANATOMIA DEL SISTEMA NERVOSO Figura 1-9: Rappresentazione schematica dell orientazione delle faccette articolari di una tipica vertebra A) cervicale, B) dorsale, C) lombare Figura 1-10: Rappresentazione schematica delle viste anteroposteriore, laterale e cranicocaudale di una vertebra A) cervicale, B) toracica, C) lombare 8

19 ANATOMIA DEL SISTEMA NERVOSO I legamenti della colonna vertebrale sono tessuti fibrosi che mantengono le ossa e le articolazioni in allineamento (Figura 1-11). Sotto stress, ad esempio in caso di ferite, questi legamenti si possono allungare o rompere. Una lacerazione parziale o totale di un legamento prende il nome di distorsione. Figura 1-11: Legamenti della colonna vertebrale I dischi intervertebrali sono situati tra le vertebre ed agiscono come ammortizzatori della colonna vertebrale. I dischi sono costituiti da strati fibrosi, detti appunto anelli fibrosi, che circondano una sostanza gelatinosa chiamata nucleo polposo (Figura 1-12) Figura 1-12: Dischi intervertebrali Ogni vertebra è composta anteriormente da un corpo e posteriormente da un arco osseo che delimitano un apertura, chiamata forame vertebrale, la quale contribuisce, grazie alla sovrapposizione delle 31 vertebre, a formare un canale (il canale vertebrale o spinale) al cui interno è collocato il midollo spinale (Figura 1-13 e Figura 1-14). Figura 1-13: Canale vertebrale 9

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