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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR PURÉPECHA
CARRERA DE INGENIERÍA BIOMÉDICA
ASIGNATURA:
ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA I
TEMA llIl: ESTIMULACIÓN DE LAS FIBRAS NERVIOSAS MOTORAS A TRAVÉS DE IMPULSOS ELÉCTRICOS MEDIANTE UN ELECTROESTIMULADOR. ELABORÓ: Grecia Félix Chávez (1806076) Brayan Ulises Barajas Heredia (1806008) Alejandro Mújica Calderón (1806075) Isaac Paz Valdez (1806047) Jorge Moisés Barriga Pahuamba (1803002) Leonardo Daniel Nuci Quiroz ( Luis Fernando Ordaz Talavera SEMESTRE: 3 DOCENTE: MAURO SANCHEZ ESPINO Cherán Michoacán. 10 de Diciembre de 2019
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, en el capo de la fisioterapia y la biomédica el uso de los equipos biomédicos (estimulación muscular), para tratar diferentes lesiones y mejorar el rendimiento muscular se ha vuelto imprescindible. En el país no se desarrolla tecnología destinada para aplicaciones de electroterapia y de ahí proviene el interés acerca de este ´proyecto. El presente proyecto tiene como objetivo el diseño de un equipo de electroestimulación muscular digital, el cual a través de una interfaz amigable permita al especialista, la aplicación de terapias tanto para fortalecimiento muscular como recuperación y alivio del dolor. Con este objetivo, se diseñó y construyó una unidad de electroestimulación que cuenta con un generador digital de señales, desde la cual se conectan los electrodos al paciente y una unidad de control, que está implementado, mediante una pantalla LCD se pueda seleccionar uno de los diferentes tipos de onda de corriente grabados en el dispositivo y conforme al criterio del especialista y al grupo muscular a ser tratado. Puede controlar la intensidad (modo relajación, modo ansiedad. Después de realizar las pruebas se corroboró el correcto funcionamiento del dispositivo, obteniendo las formas de onda esperadas y las reacciones esperadas en el paciente. El estudio “procesos de electroestimulación” trata los conceptos básicos de las diferentes técnicas de electroestimulación, las variadas formas de onda de corriente y sus efectos sobre los músculos y nervios y sobre los diferentes tipos de electrodos utilizados en la electroestimulación y por último las seguridades eléctricas que deben de tener los equipos electromédicos. El estudio “pruebas y resultados” trata las pruebas realizadas para corroborar el cumplimiento de las normas de seguridad eléctricas además se describe el protocolo de usabilidad aplicado para determinar errores de diseño y por último se presentan los resultados obtenidos para comprobar que las formas de onda de las señales entregadas por el equipo sean las adecuadas.
HISTORIA
El estimulador muscular se basa principalmente en el electrodiagnóstico (técnica que transmite una corriente al músculo para generar una contracción). La primera publicación de la contracción muscular provocada intencionalmente con la electricidad estática fue en 1745 por kratzenstein. En 1578 beccaria observó que las contracciones producidas por los estímulos eléctricos son más potentes que las producidas por los estímulos mecánicos. Galvani estudio las contracciones musculares de la rana que publicó en 1791. Observó una relación entre la electricidad y la contracción muscular. Afirmó que la electricidad era generada por el organismo. En 1974 estimuló la contracción muscular colocando la terminación libre de un nervio a través de un músculo sin la intervención de animales la cual demostró que la electricidad podía generarse por el tejido animal. Ritter aplicó electricidad al músculo usando una serie de pilas en 1801. Aumentó gradualmente la corriente poniendo una pila más, después redujo gradualmente a través de una resistencia de agua y llegó a la conclusión de que si el estímulo no se aplica con viveza el músculo no llega a contraerse.
PARTES Y FUNCIÓN
La electroestimulación consiste en estimular las fibras nerviosas mediante impulsos eléctricos transmitidos por electrodos a nivel voluntario la orden de efectuar un esfuerzo muscular procede del cerebro el cual envía una orden a las fibras nerviosas en forma de señal eléctrica, dicha señal es transmitida a las fibras musculares que se contraen. El principio de la electroestimulación reproduce fielmente el mecanismo desencadenado mediante una contracción voluntaria, el estimulador envía un impulso eléctrico a las fibras nerviosas el cual provoca la excitación de las mismas, dichas excitación se transmite a las fibras musculares las cuales efectúan una respuesta mecánica elemental que constituye el elemento básico de la contracción muscular, dicha respuesta muscular es absolutamente idéntica al esfuerzo muscular ordenado por el cerebro. Nota: El músculo no es capaz de distinguir si la orden procede del cerebro o del estimulador. El estimulador muscular se compone básicamente de 4 bloques fundamentales: GENERADOR DE ONDAS Es el encargado de generar la señal que se deseas utilizar para el tratamiento, se tienen diferentes tipos de señal utilizados en la electroterapia. En fisioterapia se utilizan corrientes denominados no ionizantes de acuerdo al espectro electromagnético, cuyo límite se encuentra en las radiaciones ultravioleta de tipo B. Las ondas o radiaciones ionizantes alteran la estructura elemental de la materia orgánica, generando mutaciones en la información genética o moléculas elementales debido a la longitud de onda. Si la longitud de onda es igual o menor que los espacios intermoleculares de la materia, se logra penetrar en ella desprendiendo elementos, los cuales generan un cambio en el material genético, por tal motivo no son utilizados en la terapia de tipo eléctrico.
Ondas de corrientes y sus efectos sobre los músculos
Ondas de corriente y sus efectos sobre los nervios
Tipos de electrodos utilizados en el electroestimulador
Seguridades de eléctricas de equipos electro médicos
REGULADOR
En esta parte se regula la corriente o voltaje que llega directamente a los electrodos para evitar daños en el paciente debido a una corriente elevada y de igual manera, intensificar o disminuirla de acuerdo a la percepción subjetiva del paciente. ELECTRODOS El electrodo es una membrana conductora utilizada para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito. El electrodo es la salida de la señal hacia las placas conductoras la cuales se colocan en la piel mediante cintas elásticas para evitar movimientos, permitiendo que se difunda la corriente a través del músculo, logrando una terapia efectiva. Está formada por una parte conductora de goma semiconductora, una capa envolvente de esponja, gamuza y un paño que envuelve al metal para evitar
contacto directo con la piel a fin de evitar irritaciones, quemaduras, el efecto punta y el efecto borde. El efecto punta y el efecto borde consiste en que los electrones que circulan en un conductor tienden a acumularse en la superficie ,bordes y esquinas, por ello se debe recortar las esquinas en forma redonda y los bordes bien acabados, y evitar que con el tiempo se formen rugosidades o dobleces por el uso. Hay tres formas de aplicación: ● Aplicación manual, colocando y manteniendo sobre el punto deseado. ● Aplicación de electrodos fijos, con gomas, electrodos adhesivos o cintas para fijarlos en la zona establecida. ● Aplicación intencionada, después de fijar los electrodos, se puede controlar mediante un control la aplicación del impulso.
Tejido Muscular
1.1Anatomía del músculo El cuerpo humano está formado en una gran parte por músculos en un 40%. El tejido muscular se encuentra en el aparato locomotor en una parte conocida como parte activa, hay otra parte que es la pasiva donde se encuentran: hueso, cartílago y tendones. Cuenta con una gran capacidad para contraerse la cual es considerada su principal característica.
Músculo estriado Contiene una gran cantidad de fibras, se diferencia por tener unas estriación transversal debido a una sustancia proteínica clara y otro obscura y no es autónomo es manejado por nuestra voluntad. Encargado de mover los huesos (el esqueleto). Músculo cardiaco Un intermedio entre el músculo liso y el estriado, por lo tanto cuenta con estas 2 formas de anatomía, es decir de un lado estriado. Escapa al manejo de nuestra voluntad. Solo se localiza en el corazón.
Función Muscular
Cuando el músculo está en actividad, como al hacer ejercicio puede gastar hasta el 90% de energía. El músculo estriado y liso aun sin estar en una acción pueden
gastar energía, ya que están en una tensión muscular conocida como tono muscular. Cuando el músculo se contrae es por excitaciones nerviosas, en el caso de actividad las contracciones son repetitivas por lo cual hay un momento en el que comienzan a disminuir las contracciones y hay una respuesta deficiente del estímulo, es decir una fatiga muscular, se segregan sustancias como el ácido láctico, y si llega a un exceso puede haber un calambre. Es necesario esperar unos 5 minutos aproximadamente para que el exceso del ácido láctico se elimina y haya una recuperación. El tejido muscular tiene la capacidad de adaptarse para tener mayor fuerza y potencia de trabajo, esta es considerada su característica principal y es denominada entrenamiento. En este caso el músculo no cambia solo se va adaptando haciendo uso de sus posibilidades de reserva aunque implica que haya un aumento en el grosor. Las fibras al contraerse lo hacen de una manera total, con lo que el trabajo muscular se regula dependiendo del número de fibras que se interpongan a la hora de la contracción. Como ya se mencionó anteriormente el músculo se adapta a los esfuerzos, pero el estar en reposo constante hace que haya una atrofia muscular, para evitar esto es necesario tener un mínimo de actividad diaria. Por ejemplo un brazo enyesado por la falta de movimiento pierde un 36% de su fuerza al cabo de una semana. Para revertir la atrofia muscular es necesario hacer entrenamiento aunque actualmente existe la electroterapia. Actualmente el ritmo de vida diaria en la mayoría de los casos reduce la posibilidad de realizar algún ejercicio para evitar que los músculos se dañen. Se ha demostrado que la primera causa de mortalidad en el mundo es el fracaso circulatorio, se debe al mal uso del sistema nervioso muscular. Mecanismo contráctil Durante mucho tiempo los fisiólogos creían que existía una fuerte relación entre la amplitud de potencia de la membrana y el alcance de la reacción contráctil. Se ha comprobado que esto es cierto para el músculo esquelético (estriado) y el cardiaco, pero en un proceso patológico o durante la medicación puede haber una desunión entre la corriente y la actividad contráctil. No hay pruebas que digan
La cantidad de trabajo realizada durante la actividad muscular depende de la fuerza física exterior acusada por el músculo. Conexiones neuromusculares Los axones entran al músculo, pierden su vaina de mielina y sus ramas terminan en el sarcoplasma de las fibras musculares. El axoplasma forma una placa la cual es la que genera la sinapsis de la unión neuromuscular. Cuando un impulso llega a la placa hay una liberación de acetilcolina la cual es la que genera el potencial de la placa terminal. Además de las fibras musculares extrafusales también existen terminaciones en las fibras intrafusales, que se encuentran agrupadas en una cápsula del tejido conjuntivo, presentan una bolsa nuclear, consta de una terminación sensorial (terminación anuloespiral) y otra secundaria. Están inervadas por finos axones motores. Cronaxia Existen dos factores que intervienen en la estimación de la excitabilidad neuromuscular: 1- La duración del estímulo. 2- La intensidad que necesita el músculo para recibir una excitación. El umbral de respuesta o reobase es la mínima intensidad de corriente de duración que se necesita para excitar el músculo. La cronaxia es el tiempo para excitar al músculo con un estímulo del doble de la intensidad de reobase. Atrofia muscular Síntomas:
- El músculo pierde su grosor
- Pérdida de la fuerza
- Se presenta cansancio El hacer deporte o alguna actividad nos ayudan a fortalecer y aumentar la masa muscular, la movilidad y destreza, pero si el músculo se mantiene en reposo constante se presenta una atrofia muscular.
La forma más común de recuperar su actividad normal es por tratamiento eléctrico. Son impulsos mandados de forma artificial al músculo, que actúan de manera efectiva. Dermatomas La sensibilidad es la capacidad de nuestro organismo para percibir, en forma de sensaciones, los diferentes estímulos del ambiente externo o del interior de nuestro propio cuerpo. El sistema nervioso es el encargado de regular esta función (tanto el central como el periférico), el estímulo da lugar a la generación de una sensación, gracias a la cual el organismo la reconoce. Las numerosas modalidades de la sensibilidad se dividen en: ● Exteroceptiva o superficial (recoge las sensaciones externas) Interoceptiva (recoge las de los órganos internos). ● Propioceptiva (informa sobre los miembros, actitudes y movimientos corporales) La sensibilidad de la piel se engloba dentro de la exteroceptiva o superficial. Es la información que perciben los receptores que hay a nivel de la piel. Para valorarla debe detectarse si el paciente es capaz de distinguir diferentes tipos de sensaciones en ambos hemicuerpos. Hay varios estímulos que son reconocidos por estos receptores: ● Sensibilidad táctil: Se evalúa la capacidad del paciente de “sentir” cuando algo está en contacto con su piel. ● Sensibilidad térmica: Se evalúa poniendo en contacto objetos fríos o calientes en la piel del paciente ● Sensibilidad dolorosa: Discrimina los estímulos dolorosos por medio de los nociceptores (receptores del dolor). Se valora con un objeto con punta roma. En ocasiones nos podemos encontrar con trastornos de la sensibilidad, tales como: ● Parestesia: sensación anormal de los sentidos o de la sensibilidad general que se traduce por una sensación de hormigueo, adormecimiento, acorchamiento, etc. ● Anestesia: Abolición de la sensibilidad. ● Hipoestesia: Disminución de la sensibilidad. ● Hiperestesia: es un síntoma, que se define como una sensación exagerada de los estímulos táctiles, como la sensación de cosquilleo o embotamiento.
Diseño y resultados Procedimiento ● Plantear el circuito en el programa informático Isis y Ares Proteus ● Desarrollar el código en el programa informático arduino, tomando en cuenta las normas de seguridad y de protección de la electroestimulación ● Terminado el programa en arduino procedemos a la construcción a la construcción de nuestro circuito sobre el protoboard. ● Crear en la base a la simulación en proteus, una representación física del mismo en el protoboard ● Una vez terminada la construcción, añadir el arduino y agregar el programa informático. Nota: si el circuito representado en el protoboard funciona de una manera adecuada y correcta, llevarlo a cabo en la baquelita perforada. Si no es así revisar su funcionamiento o el código utilizado ● Llevar a cabo el circuito en la baquelita perforada. Mota: tomando el menor espacio posible (reduciendo el circuito). ● Una vez terminada la construcción del circuito en la baquelita, al haber soldado los cables perfectamente y teniendo esta una estética agradable y compacta, procedemos a conectar el arduino a la placa y cargar el programa. En caso de este funcionar correctamente solo se hace un perfecto acomodo de sus componentes en el diseño de la cubierta. En caso de que este no tenga un funcionamiento óptimo y deseado recurrir a su revisión, observando de una manera eficiente y clara.
