LABORATORIO DI INGEGNERIA DEL SISTEMA NEUROMUSCOLARE (LISiN) Via Cavalli 22H, Torino

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1 Compagnia di San Paolo LABORATORIO DI INGEGNERIA DEL SISTEMA NEUROMUSCOLARE (LISiN) Via Cavalli 22H, Torino Comunità Europea European Space Agency Attività extraveicolare sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Agenzia Spaziale Italiana Regione Piemonte COREP Politecnico di Torino. Consorzio per la Ricerca e l Educazione Permanente roberto.merletti@polito.it

2 Che cos è il LISiN ( Il LISiN è uno dei laboratori del Centro di Bioingegneria del Politecnico di Torino e del COREP, occupa persone e 400 m 2, è stato fondato nel 1996, ha sede in via Cavalli 22H. Laboratorio di ingegneria del sistema neuromuscolare Il LISiN si occupa di ingegneria del sistema neuromuscolare e studia I muscoli, il movimento e la postura, i loro aspetti periferici e il loro controllo centrale, principalmente attraverso la finestra fornita dal segnale elettromiografico (EMG) prodotto dai muscoli e registrato sulla cute. Il LISiN ha partecipato o partecipa a cinque progetti europei, a tre progetti ESA, due progetti ASI e sei progetti della Regione Piemonte, coordinandone dieci. Pubblica lavori all anno su riviste internazionali. Le applicazioni riguardano l ergonomia, la medicina dello sport, della riabilitazione, del lavoro, dello spazio. Il LISiN collabora con oltre 20 partners clinici e 14 aziende e ospita ricercatori da tutto il mondo.

3 I PROGETTI EUROPEI DEL LISiN 1. Surface electromyography for non-invasive assessment of muscles.,, , 16 partners Laboratorio di ingegneria del sistema neuromuscolare 2. Prevention of muscle disorders in operation of computer input devices.,, , 11 partners 3 Neuromuscular assessment of elderly workers., , 2004, coordinatore,, 9 partners 4 On asymmetry in sphincters.,, , 2004, 7 partners 5 Cybernetic Manufacturing Systems,, , 2008, 6 partners

4 I PROGETTI ESA E ASI DEL LISiN 1. Microgravity effects on skeletal muscles investigated by surface EMG and MMG ( ) 2003) MESM-1,, ESA - ASI, 4 partners, LISiN è coordinatore coordinatore ( euro) 2. Microgravity effects on skeletal muscles investigated by surface EMG and MMG ( ) 2007) MESM-2, ESA, 5 partners, LISiN è coordinatore ( euro) Laboratorio di ingegneria del sistema neuromuscolare 3. Resistance training using flywheel technology for crew stationed in space ( ) 2003) ESA, 6 partners, LISiN è un partner ( euro) 4. Ostheoporosis and Muscle Atrophy ( ) OSMA, Agenzia Spaziale Italiana, ( euro) Sia la Comunità Europea sia l Agenzia Spaziale Europea auspicano iniziative di disseminazione dei risultati e di formazione del personale da parte dei Paesi che hanno ottenuto finanziamenti e sollecitano l applicazione dei risultati in settori diversi da quello spaziale.

5 Ai e dai centri superiori Corteccia cerebrale Radici dorsali (informazioni dalla periferia) Midollo spinale Radici ventrali (comandi motori) Cervelletto Motoneuroni α Vie afferenti Reti neurali locali (spinali) Comandi motori Feedback sensoriale Muscoli Agonista Articolazione Antagonista Il cervello e il midollo spinale comunicano con i muscoli tramite impulsi elettrici che si propagano lungo fibre nervose e muscolari che hanno diametro di 5-50µm. Un muscolo può solo tirare e non spingere. E un motore molto speciale e poco conosciuto.

6 The Motor Unit (MU) (electrical activity) V m (mv) 0 Action potential ( mvpp) Inputs from other neurons 60 m/s Axon motoneuron Schwan cells and Ranvier nodes ms o 4 mm Muscle fibers 4 m/s = 4 mm/ms 4 m/s = 4 mm/ms One muscle: MU One MU: fibers of the same type (I o II) LISiN, Torino

7 Sistema di misura di parametri biomeccanici con biofeedback Schiere e matrici di elettrodi adesivi Schiere di elettrodi Elettrostimolatore neuromuscolare multicanale programmabile

8 Elettrodi e sistemi di acquisizione

9 Prelievo di segnale EMG durante contrazioni isometriche

10 APPLICAZIONI - nella medicina dello spazio Lunghe permanenze nello spazio in condizioni di zero g causano degenerazione el sistema neuromuscolare. Come prevenirle?

11 APPLICAZIONI - nella medicina dello spazio FATICA Che tipo di ginnastica nello spazio? Contro molle? Accelerando e frenando masse? Come simulare l assenza di gravità? - bed-rest studies - dry immersion - limb suspension

12 Valutazione di efficacia di contromisure atte a ridurre l effetto della microgravità sul sistema muscoloscheletrico e neuromuscolare.. Come si fa ginnastica sulla ISS? Non si fa sollevamento pesi. Si fa ginnastica contro molle F = k X dove : F = forza prodotta k = costante di elasticità della molla X = allungamento della molla oppure contro inerzia F = ma oppure M = J ω dove : F = forza prodotta m = massa accelerata o decelerata a = accelerazione M = coppia o momento di forza J = momento di inerzia ω = accelerazione angolare

13 APPLICAZIONI - in ergonomia e medicina del lavoro

14 APPLICAZIONI - In ergonomia e medicina del lavoro Attivazione non equilibrata dei due trapezi durante dattilografia su tastiera di PC

15 - identificazione della tipologia delle fibre (tipo I: maratoneti; tipo II: scattisti) - identificazione dell allenamento ottimale - studio di crampi, overtraining, doping APPLICAZIONI - In medicina dello sport

16 puborettale APPLICAZIONI - l analisi del pavimento pelvico - Incontinenza da asimmetria - lesioni da parto - lesioni chirurgiche sfintere anale Come è innervato lo sfintere anale? Come sono disposte le unità motorie? Quali anomalie causano incontinenza? E possibile ridurre l incidenza dei casi di incontinenza causata da lesioni da parto? a b c 15 mm d a) Una schiera di 16 contatti b) Tre schiere di 16 contatti c) Una schiera di 8 contatti (sonda uretrale) d) Una schiera di 16 contatti e un sensore di pressione

17 Prevenzione di danni allo sfintere anale causati da interventi di episiotomia durante il parto V P V P Medium risk A Surgical incision A High risk V P V P Low risk A Innervation V = vaginal opening P = perineal wall A = anal opening A Very high risk

18 Quale futuro? Miglior comprensione di meccanismi e fenomeni oggi poco chiari Guaine, guanti o magliette con centinaia o migliaia di elettrodi per monitorare i muscoli del tronco, degli arti o delle mani durante allenamenti, attività lavorativa, ecc Miglior prevenzione dei disordini neuromuscolari di origine lavorativa Un test semplice, pre-parto, per ridurre i rischi degli interventi di episiotomia Ottimizzazione degli allenamenti sportivi Tecniche di stimolazione elettrica di documentata efficacia