Abstract- Italiano
I materiali funzionali, ancora praticamente sconosciuti nella medicina riabilitativa, possono fornire interessanti risorse per sviluppare dispositivi terapeutici di nuova concezione a supporto del lavoro dei fisioterapisti. Le loro caratteristiche li rendono infatti adatti a generare movimenti e spinte correttive simili a quelli usati in fisioterapia, ad adattarsi alle esigenze di pazienti diversi cambiando dinamicamente forma e caratteristiche meccaniche. Nel contesto del progetto HINT@Lecco, il CNR-IENI di Lecco ha sviluppato con questi materiali esercitatori attivi per la mano e la caviglia, posizionatori dinamici per il gomito, dispositivi per la cura delle contratture della articolazione temporomandibolare, un ausilio pediatrico per la scrittura ed altri dispositivi ancora.

Abstract- English
Functional materials, which do not have any practical application in rehabilitation medicine as yet, can actually be useful resources in the development of new therapeutic devices to support the work of physiotherapists. In fact, their characteristics make them suitable to generate movements and corrective forces similar to those employed in manual physiotherapy and to adapt to the needs of different patients by dynamically changing their shape and mechanical properties. Within the framework of the HINT@Lecco Project, CNR-IENI at Lecco designed and built active exercising devices for the hand and ankle joints, dynamic positioners for the elbow, braces to treat temporomandibular contractures, a paediatric writing aid and several other devices based on innovative materials.

Sono detti materiali funzionali quelle sostanze che integrano nella loro natura chimica e fisica funzioni che, utilizzando invece materiali convenzionali, potrebbero essere ottenute solamente tramite l'implementazione di sistemi complessi, meccanici, elettronici, chimici, fisici o combinazioni di questi.

I materiali funzionali, d'altro canto, sono in grado di rispondere in maniera autonoma, decisamente non comune, ma altamente ripetibile, ad opportuni stimoli esterni, il che li rende adatti ad applicazioni tecnologicamente all'avanguardia nel settore energetico, informatico, aerospaziale e biomedicale, dove le caratteristiche di ingombro, peso e compattezza sono fondamentali.

In particolare, all'interno dell progetto HINT@Lecco appena concluso, il CNR-IENI di Lecco si è occupato di sondare le potenzialità dei materiali funzionali nel campo della medicina riabilitativa, focalizzando l'attenzione su quelle classi di sostanze che integrano funzionalità meccaniche in termini di forza e deformazione.

Queste proprietà infatti forniscono risorse innovative nell'applicazione di spinte stabilizzanti o correttive e nell'adattamento alle caratteristiche anatomiche dei pazienti. Le leghe a memoria di forma (SMA) per esempio, hanno la capacità di accumulare grandi deformazioni (fino all'8%) e recuperarle completamente una volta scaldate al di sopra di una temperatura caratteristica. Inoltre, durante il recupero della forma il materiale riesce a spostare molto più del proprio peso e quindi può essere utilizzato per compiere un lavoro.

Per esempio un filo di 0.5mm di diametro ci si può aspettare che sollevi per solo recupero della forma fino a circa 5kg. Per queste loro caratteristiche, queste leghe di Nichel e Titanio sono state usate come motori nello sviluppo di esercitatori per la mano e la caviglia che permettono di aumentare il tempo di fisioterapia in pazienti flaccidi nelle prime settimane dopo l'ictus.

La movimentazione passiva delle articolazioni è importante per mantenere le proprietà (visco) elastiche di muscoli e articolazioni, ma potrebbe avere importanza anche nel recupero della capacità di movimento dell'arto colpito da paralisi, attraverso il mantenimento a livello cerebrale della memoria del movimento. Questi dispositivi, realizzati in forma di prototipi e già testati su pazienti, producono un movimento simile a quello naturale senza provocare dolore e sono stati giudicati confortevoli dai pazienti.

La pseudoelasticità è la capacità di una lega di deformarsi molto più di un comune metallo e di recuperare la deformazione incamerata una volta rimossa la forza deformante. Se si prova ad opporsi al ritorno del materiale alla sua forma originaria, non si sperimenta, come con gli elastici, sempre meno forza di recupero più la configurazione si avvicina a quella di riposo, ma al contrario si percepisce una forza invariata fino a che la deformazione non è quasi completamente recuperata.

Per questa caratteristica le leghe pseudoelastiche hanno permesso di sviluppare una gomitiera che consente l'estensione dell'avambraccio in pazienti spastici, senza d'altra parte vincolare la posizione del gomito. La posizione dell'arto può essere vista come punto di equilibrio tra la forza del muscolo e quella del dispositivo. Il rilassamento delle tensioni dei muscoli contratti è ottenuto gradualmente, mantenendo una forza bassa ma prolungata nel tempo che permette un'evoluzione continua della configurazione di equilibrio.

D'altra parte, in occasione di contrazioni involontarie, il dispositivo, così deformabile, cede momentaneamente sotto la spinta di flessione ed evita al paziente il dolore che sarebbe dato da un vincolo fisso. Testata su diversi pazienti, la gomitiera pseudoelastica ha migliorato la posizione del gomito già in poche ore di applicazione ed è stata ben tollerata.

Basandosi sempre sulla pseudoelasticità, è stato sviluppato un distrattore mandibolare che ha dato ottimi risultati in un paziente affetto da una forte contrattura della mandibola per cui poteva assumere cibo solo attraverso una cannuccia. La grande deformabilità conferita da una lega pseudoelastica ha infatti consentito a questo paziente di utilizzare il dispositivo fin dall'inizio della terapia e recuperare la possibilità di nutrirsi e comunicare normalmente in meno di un mese.

L'adattabilità alle differenze interindividuali è un parametro indispensabile per gli ausili usati da più persone in centri clinici di riabilitazione motoria. I polimeri a memoria di forma possono essere una risorsa in tal senso. Essi possono assumere tante forme differenti recuperando sempre la condizione di partenza tramite un semplice riscaldamento.

Oltre a questa funzione, l'ausilio pediatrico per la scrittura messo a punto al CNR-IENI di Lecco integra altre caratteristiche utili per la riabilitazione di bambini affetti da paralisi cerebrale infantile: infatti perché questi bambini possano imparare ed esercitarsi nella scrittura, acquisendo anche fiducia in se stessi, è opportuno garantire anche il corretto posizionamento del pollice e del polso. Altri progetti in via di sviluppo cercano di proporre approcci innovativi per la cura del linfoedema e per il sostegno del ginocchio durante il cammino.

L'uso dei materiali innovativi in riabilitazione è solo agli inizi, ma i primi risultati sono promettenti e sulla base delle opportunità offerte dai materiali funzionali stanno nascendo nuove idee terapeutiche, che forse in futuro potranno consentire di comprendere più approfonditamente meccanismi patofisiologici ancora in parte ignoti.