Dispositivi attivi per camminare.

La mobilità degli individui, la possibilità di uso di supporti per la mobilità e l’uso di idonei vestiti costituiscono tre punti di un unico problema.

La mobilità viene annullata o fortemente ridotta in presenza di malattie o traumi di vario tipo. In particolare si fa riferimento ai problemi conseguenti alla paraplegia che blocca a vari livelli la possibilità di movimento con riflessi sociali estremamente pesanti. Il problema della deambulazione, in questo caso, viene parzialmente risolto con carrozzine o altri mezzi artificiali di movimentazione, che peraltro non soddisfano tutte le esigenze.

L’uso di strutture motorizzate, e quindi attive, appare molto promettente, ma non ha ancora trovato una piena realizzazione. A questo proposito appare interessante esplorare la possibilità di uso di tessuti o vestiti attivi che possano risolvere contemporaneamente i problemi di mobilità e di vestibilità.

 

La paraplegia e il recupero della mobilità

La spina dorsale rappresenta la via di comunicazione tra il sistema nervoso centrale e quello periferico, e trasmette gli ordini impartiti dal cervello sino alle unità che presiedono all’esecuzione dei movimenti.

 

I danni apportati alla spina dorsale, soprattutto a causa di traumi e incidenti di vario tipo, possono portare alla totale o parziale mancanza di movimento degli arti (gambe e/o braccia) e all’assenza di segnali sensoriali di ritorno.

Il numero dei paraplegici è proporzionale alla popolazione. Basandosi sui dati di vendita delle sedie a rotelle, supponendo una durata media di 2-3 anni, si può stimare che la percentuale dei paraplegici rispetto alla popolazione sia intorno allo 0,25%.

Attualmente il recupero della mobilità, nel caso di paraplegici col blocco delle gambe, può essere effettuato utilizzando una delle tre soluzioni seguenti:

-         sedie a rotelle;

-         stimolazione elettrica funzionale;

-         ortesi.

Le sedie a rotelle costituiscono una soluzione ormai ben nota e consolidata. Dal punto di vista dei benefici e degli svantaggi si possono fare le seguenti considerazioni.

I benefici vanno ricercati nella elevata velocità di movimento ottenibili con le sedie a rotelle e nel basso consumo energetico richiesto al paziente che le utilizza. Lo sforzo di movimentazione in piano è, infatti, comunque ridotto anche se affidato alla stessa energia muscolare del paziente, ove disponibile nelle braccia. Per la movimentazione su scale o percorsi esterni esistono, in ogni caso, soluzioni motorizzate soddisfacenti.

Gli svantaggi sono rappresentati dalla necessità di uso di una posizione seduta, per cui viene meno l’esercizio fisico degli arti inferiori, con varie problematiche mediche.

La strumentazione elettrica funzionale (F.E.S.) è una tecnica che cerca di ripristinare il collegamento dei segnali elettrici di controllo, tra i centri di comando e i muscoli. Sono quindi previsti opportuni elettrodi con relativo collegamento. E’ una tecnica adatta solo ad alcuni tipi di pazienti ed è soggetta a vari disturbi ambientali.

Le ortesi sono strutture segmentate che irrigidiscono gli arti inferiori consentendo la mobilità con una postura eretta.

I possibili benefici delle ortesi vanno ricercati nella disponibilità di una posizione eretta e del conseguente esercizio fisico degli arti inferiori. Gli svantaggi delle attuali ortesi sono costituiti dalla ridotta velocità di movimento e dall’elevato consumo energetico richiesto ai pazienti.

 

Ortesi attive e non attive

Quanto è stato detto sopra a proposito delle ortesi è vero per le ortesi passive, ossia per quelle ortesi costituite solo da strutture con segmenti rigidi, senza motori, per le quali l’energia necessaria alla deambulazione è fornita mediante i muscoli del torace ancora controllabili dall’utilizzatore.

Un grosso problema di queste ortesi passive è poi quello del passo a compasso, ossia da una irregolarità non fisiologica del moto, che si manifesta quando cambia la gamba in movimento. Questo passo a compasso porta a brusche variazioni delle traiettorie e all’applicazione di forze elevate.

Vi sono però anche ortesi attive, dotate di propri motori, in cui l’energia per il cammino è fornita completamente, o in massima parte, da una fonte energetica esterna (elettrica, idraulica o pneumatica). In questo caso lo sforzo richiesto al paziente è estremamente ridotto grazie all’uso di attuatori per il moto e all’utilizzo di appositi sistemi di controllo per il comando del cammino.

 

L’ortesi attiva del Politecnico di Torino

Presso il dipartimento di Meccanica del Politecnico di Torino è stata sviluppata una ricerca che ha portato alla realizzazione di una nuova ortesi attiva per paraplegici, con azionamenti pneumatici. Questa ortesi ha un peso contenuto ed una ridotta complessità che ne consentono un utilizzo ampio su varie tipologie di pazienti.

Negli obiettivi dello studio vi è stata la ricerca di un buon compromesso tra diversi equilibri: costo energetico, tipo e struttura del passo, aspetto estetico.

Quest’ultimo è un requisito molto importante, perché la portabilità e l’accettazione di qualsiasi protesi da parte di un paziente è subordinata a requisiti di estetica e di vestibilità.

L’ortesi attiva comprende: un esoscheletro di supporto, un sistema di attivazione elettropneumatico, opportune articolazioni di anca e di ginocchio. In particolare la struttura di supporto passiva è resa attiva da alcuni attuatori pneumatici che azionano e controllano le articolazioni di anca e  ginocchio.

Sono state studiate e verificate varie versioni con soluzioni di elettrovalvole digitali, tecniche proporzionali e soluzioni elettropneumatiche con motocompressori.

Prove sperimentali sono state eseguite con pazienti sani e paraplegici, in presenza di varie soluzioni di attivazione.

Le diverse soluzioni mancano però di vestibilità. Il tutore, attualmente, deve essere indossato sopra gli abiti. Non è, quindi, nascondibile e risulta pertanto non soddisfare i requisiti estetici per l’accettazione dell’ausilio da parte del paziente.

 

Nuove ortesi e vestiti attivi

Il superamento degli attuali vincoli estetici, che non portano ad una soluzione completamente soddisfacente, può essere ottenuto percorrendo nuove vie di sviluppo.

Queste nuove soluzioni possono essere basate sull’uso di muscoli pneumatici flessibili per l’attuazione degli arti (gambe e/o braccia). Questi muscoli pneumatici, costituiti da tubi flessibili, soffietti espandibili, o palloni gonfiabili, e le relative strutture collegate agli arti possono essere integrati in un paio di pantaloni indossabili dall’utilizzatore, assolvendo il doppio compito di sostegno del paziente e di attivazione degli arti inferiori.

Analoghe soluzioni possono essere ipotizzate per la movimentazione del braccio o della spalla.

Una soluzione di questo tipo appare offrire un notevole miglioramento dal punto di vista estetico e della flessibilità rispetto alle soluzioni di attuazione più tradizionale. La sfida è quella di integrare i muscoli pneumatici flessibili nei vestiti, sviluppare nuove soluzioni per il tessuto impiegato, in modo da avere un buon rapporto tra le esigenze tecniche e le caratteristiche estetiche.

 

Conclusioni

Allo stato attuale le ortesi passive sono utilizzate solo da una minima parte della popolazione dei paraplegici.

L’ortesi attiva consente di superare i limiti propri delle ortesi passive e, quindi, consente di far fronte alle diverse esigenze dei disabili nel recupero della stazione eretta e del cammino.

Pensando solo ad un quarto della popolazione dei paraplegici come possibili utilizzatori, il numero dei potenziali utilizzatori dell’ortesi attiva può essere stimato in circa lo 0,06% della popolazione, con numeri assoluti del tutto significativi.

Gli utilizzi potenziali sono molteplici e vanno dalla riabilitazione post-traumatica, sia a domicilio sia in clinica; alla deambulazione in ambiente domestico e/o di lavoro; alla possibilità di eseguire attività in posizione eretta con stimolazione degli arti.

Lo sviluppo di strutture e di vestiti attivi è una nuova sfida, non tradizionale, per il tessile.

 

Bibliografia

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-         Belforte G., Gastaldi L., Sorli M., Pneumatic Active Gait Orthosis, Mechatronics, vol.11/2001, pp. 301-323.

 

-         Belforte G., Gastaldi L., Pastorelli S., Sorli M., Active Gait Orthosis with Pneumatic Proportional Control, 4^th CLAWAR, 2001, pp. 47-54.

 

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