Elettroterapia: le nuove frontiere
di Gian Nicola Bisciotti

Se l’utilizzo dell’elettrostimolazione convenzionale nell’ambito della medicina fisica e della riabilitazione costituisce una pratica assodata e largamente utilizzata, è indubbiamente meno noto l’interesse applicativo delle microcorrenti (MENS, micro-electrical-neurostimulation) nell’ambito della riabilitazione funzionale. Le MENS a differenza di quanto non avvenga nell’ambito dell’elettroterapia convenzionale, dove si somministrano delle correnti dell’ordine di milliampere (mA), utilizzano correnti la cui intensità è compresa tra i 10 ed i 500 µA (microampere, ossia un milionesimo di ampere), Ma qual è l’interesse terapeutico della somministrazione di correnti di un’intensità così bassa da non essere in pratica percepibile dal paziente?

Numerose ricerche scientifiche^1,2,3 attesterebbero che il livello di sintesi d’ATP risulterebbe incrementato dall’applicazione di microcorrenti, mentre al contrario quest’ultimo subirebbe un rallentamento nel caso d’applicazioni di correnti endogene dell’ordine di mA. In termini specifici l’incremento della sintesi d’ATP raggiungerebbe i suoi livelli massimi grazie alla somministrazione di correnti di circa 500 µA, mentre al di là di questo livello d’intensità decrescerebbe rapidamente^1,2. A questo proposito è importante ricordare che l’ATP, rappresenta, nella pressochè totalità degli organismi viventi, la principale risorsa di energia chimica intracellulare, utilizzabile per una vasta gamma di attività biologiche, tra cui anche i processi di riparazione dei tessuti danneggiati.

Inoltre un altro aspetto di estremo interesse nell’ambito delle applicazioni di correnti di bassa intensità come appunto le MENS, sarebbe costituito dal fatto che l’uptake, ossia di captazione, di acido alfa-aminoisobutirrico subirebbe un forte incremento grazie all’applicazione di una corrente esogena a partire da un livello d’intensità pari a 10 µA, mentre al contrario a partire da un livello d’intensità di 750 µA si verificherebbe un fenomeno di tipo inibitorio¹. Dal momento che l’upkate dell’acido alfa-aminoisobutirrico si rivela essenziale nell’ambito dei meccanismi di sintesi proteica (che sono alla base dei processi di riparazione tissutale), un suo incremento dell’ordine del 30-40%, come quello riscontrabile grazie all’applicazione di MENS d’intensità appropriata¹, può rivestire un ruolo essenziale nel corso dei processi di ristrutturazione cellulare. Il meccanismo di base che determina un incremento nella sintesi di ATP è essenzialmente costituito dal fatto che, nel corso di un elettrostimolazione tramite MENS, si viene a creare un gradiente protonico, ossia una variazione della concentrazione di protoni, attraverso la membrana mitocondriale. L’applicazione di una corrente in effetti produce una variazione della concentrazione di protoni nel momento in cui gli elettroni presenti al di sotto del catodo reagiscono con l’acqua presente nei tessuti formando ioni idrossile (OH^-), mentre al tempo stesso si verifica una produzione di protoni (H⁺) al di sotto dell’anodo Tutta questa serie di eventi ottiene appunto come risultato l’instaurazione di un gradiente protonico nell’ambito dei tessuti compresi tra i due elettrodi. L’influenza del campo elettrico e la differenza di concentrazione protonica determina l’instaurarsi di un flusso di protoni dall’anodo verso il catodo. Questo flusso protonico, che attraversa la membrana mitocondriale determina un incremento nella formazione di ATP che a sua volta stimola il trasporto amino-acidico, due fattori essenziali nell’ambito dell’incremento della sintesi proteica¹.

Protoni, elettroni ed ATP....

La catena di trasporto degli elettroni, o catena respiratoria, rappresenta il principale "motore "cellulare, in grado di fornire ed accumulare, attraverso l'accoppiamento con la fosforilazione ossidativa, l'energia chimica necessaria per le diverse esigenze della cellula, come ad esempio la biosintesi, il lavoro osmotico, il lavoro meccanico, ecc. La catena respiratoria è formata da enzimi racchiusi nella parete mitocondriale interna, questi enzimi interagiscono con dei coenzimi come il NAD⁺ (nicotinamide adenina dinucleotide), il FAD (flavin adenin dinucleotide), l’ubichinone (o coenzima Q) ed i citocromi (cromoproteine contenenti eme). Questi coenzimi sono dei trasportatori di protoni o di elettroni provenienti dal ciclo degli acidi tricarbossilici. Il transfert dei protoni che si verifica attraverso la membrana cellulare,induce una conversione dell’energia osmotica in energia chimica grazie all’ATPase-sintetasi presente nelle creste mitocondriali. Come possiamo osservare nella figura 1, per sintetizzare una molecola di ATP partendo da una molecola di ADP e di Pi è necessario il passaggio di 3 protoni.

Figura 1: grazie al transfert trans-membranario dei protoni si produce una conversione dell’energia osmotica in energia chimica. Per poter sintetizzare una molecola di ATP, partendo da una molecola di ADP e di Pi, è necessario il passaggio di 3 protoni.

Come è possibile schematizzare il meccanismo d’intervento delle MENS?

Se dovessimo semplificare massimamente la catena di risposte fisiologiche determinata dall’applicazione delle MENS sui tessuti molli traumatizzati, potremmo adottare una tipo di schema come quello seguente:

Figura 1 (riquadro A): la cellulare presenta, in situazione di riposo, un potenziale di membrana negativo pari a circa —50mV, la sua superficie esterna è caricata positivamente mentre quella interna possiede una carica negativa.

Figura 2 (riquadro B): nel momento in cui un tessuto molle subisce un insulto traumatico e la membrana cellulare delle cellule interessate dal trauma viene danneggiata, il potenziale elettrico membranario nella parte lesa diviene negativo e si stabilisce in tal modo un flusso di corrente elettrica all’interno dell’area lesa. Questo fenomeno prende il nome di "injury corrent". L’intensità di questa "corrente biologica", il cui scopo è quello di stimolare la sintesi proteica e di ATP al fine di accelerare i processi riparativi tissutali, è normalmente compresa tra i 10 ed i 30 µA.

Figura 2 (riquadro C): l’applicazione di una MENS, ossia di un tipo di corrente analogo a quello già generato dall’organismo ai fini di stimolare i processi riparativi tissutali, può accelerare ulteriormente la sintesi proteica e di ATP, diminuendo i tempi di riparazione del danno subito dai tessuti.

Figura 1 (riquadro A): situazione cellulare di normalità.

Figura 1 (riquadro B): situazione di danno cellulare.

Figura 1 (riquadro C): l’applicazione di una MENS può accelerare la sintesi proteica e di ATP e diminuire i tempi di riparazione cellulare.

Quali sono i campi d’intervento in cui è stata scientificamente provata l’efficacia delle MENS?

Riduzione dell’edema e del gonfiore della zona traumatizzata.

L’applicazione delle MENS su di un tessuto traumatizzato si dimostra in grado di attivare il flusso proteico nonché di accelerare la sua migrazione all’interno dei canali linfatici. Grazie a questo tipo di meccanismo la pressione osmotica all’interno dei canali linfatici viene aumentata accelerando di conseguenza il fenomeno di assorbimento di fluidi nello spazio interstiziale ossia negli spazi lacunari che si trovano tra le varie cellule⁴. Questo aumento del carico proteico all’interno dei canali linfatici determina un aumento del flusso di liquido all’interno dei vasi linfatici stessi, determinato dall’aumento delle forze oncotiche all’interno di questi ultimi. L’aumento di flusso causa una distensione del lume dei vasi linfatici che determina a sua volta un incremento nel rateo della contrazione linfatica⁵. Questo processo determina una riduzione dell’edema e dello stato di gonfiore dei tessuti della zona traumatizzata.

Osteoartrite di ginocchio

L’osteoartrite (degenerative joint disease) è un’alterazione degenerativa a carico della cartilagine articolare. In questo tipo di patologia è riscontrabile un rammollimento cartilagineo causato dalla perdita della sostanza fondamentale mucopolisaccaridica, unito a frammentazione e fissurazioni delle parti anatomiche soggette a maggior pressione. In seguito si sviluppa un'alterazione della superficie articolare con conseguente proliferazione cartilaginea e ossea con formazione di osteofiti. L'osteoartrite può essere asintomatica o manifestarsi con dolore che viene ulteriormente aggravato dal movimento, comportando inoltre deformità dell'articolazione causata dalla proliferazione ossea, limitazione funzionale, in particolar modo dopo un periodo d’inattività, versamento articolare senza altri segni di flogosi e crepitio durante i movimenti.

L’applicazione delle MENS può sensibilmente migliorare il quadro clinico, riducendo apprezzabilmente la durata temporale della rigidità mattutina (morning stiffness) tipica del processo osteoartritico, nonché indurre un significativo miglioramento della sintomatologia dolorosa, della funzione articolare globale e della valutazione fisica generale del paziente⁶.

Stimolazione della produzione di glicosaminoglicani

I glicosaminoglicani sono sostanze acide altamente idratate, gelatinose e viscose, presenti soprattutto nella sostanza connettivale fondamentale, nella cartilagine, nell'osso e nel liquido sinoviale articolare, oltre che nell'umor vitreo dell'occhio e sui rivestimenti cellulari esterni. I principali glicosaminoglicani sono l'acido ialuronico, il condroitinsolfato, il dermatansolfato, il cheratansolfato, l'eparansolfato e l'eparina.

La produzione di condrociti articolari in vitro può essere stimolata grazie all’incremento della sintesi di glicosaminoglicani e/o attraverso un incremento della proliferazione cellulare stessa indotto dall’applicazione di un appropriato campo elettrico generato da una corrente di tipo MENS⁷.

L’applicazione delle MENS è quindi indicata per accelerare i processi proliferativi cartlilaginei a livello articolare⁷.

Accelerazione dei processi riparativi tendinei

La rottura del tendine d’Achille è una delle lesioni tendinee più comuni nell’ambito sportivo, interessando ogni anno uno sportivo su diecimila⁸. La ripresa dell’attività sportiva è normalmente possibile dopo un periodo riabilitativo di lunghezza compresa tra i 4 ed i 12 mesi in funzione del fatto che il trattamento sia stato di tipo chirurgico oppure conservativo. Sperimentazioni effettuate sull’animale confermerebbero l’efficacia delle MENS nella velocizzazione dei processi di riparazione tendinea e di conseguenza nell’abbreviazione dei tempi di recupero funzionale⁹.

Facilitazione del processo d’osteogenesi

L’osteogenesi (od ossificazione) costituisce il processo di formazione del tessuto osseo a partire da un altro tessuto, prevalentemente connettivale o cartilagineo. Il processo riparativo di un tessuto osseo è, in linea di massima, molto simile a quello riscontrabile in un tessuto molle, anche se le capacità riparative dell’osso sono più limitate. In seguito alla perdita di continuità ossea, dopo un periodo di circa una settimana i fibroblasi danno inizio al deposito di una rete di tessuto collageno fibroso, in seguito i condroblasti iniziano la formazione di fibro-cartilagine da cui consegue la formazione di callo osseo. Studi effettuati sull’animale dimostrano l’effetto accelerativo sui processi di riparazione ossea conseguente all’applicazione di MENS. Durante il trattamento elettroterapico il tessuto osseo si comporterebbe infatti come un capacitore, restituendo il 75% della corrente assorbita durante l’applicazione nel successivo periodo di pausa. E’ interessante notare che la facilitazione dei processi d’osteogenesi sarebbe particolarmente evidente in prossimità del catodo¹⁰.

Oltre agli aspetti sopra descritti le MENS trovano un ulteriore campo applicativo per le loro proprietà antalgiche^11,12, paragonabili a quelle ottenibili con la laser-terapia¹³, nell’accelerazione dei processi di guarigione delle ferite¹⁴e delle ulcere ischemiche ¹⁵ e nei processi riparativi cutanei in seguito ad ustioni^{15, 16}, inoltre le MENS presentano un interessante effetto antibatterico¹⁷.

I principi applicativi di base delle MENS

Normalmente la terapia MENS, somministrata con apparecchiature idonee e scientificamente testate alla produzione di questa particolare forma di corrente, come ad esempio l’Active 300 (by Globus Italia, Codognè, Treviso), prevede due fasi distinte, la prima delle quali ha come scopo la diminuzione della sensazione dolorosa percepita dal paziente, mentre la seconda fase promuove la sintesi proteica e d’ATP accelerando processi riparativi tissutali. La durata del trattamento normalmente è compresa tra i 15 ed i 30 minuti per quello che concerne la prima fase e tra i 5 ed i 10 minuti per quello che riguarda la seconda fase. I parametri più frequentemente utilizzati, che però possono ovviamente variare in funzione della patologia trattata, sono per la prima fase: intensità compresa tra 1 e 5 µA, frequenza di circa 5 Hz e larghezza dell’impulso di 250 millisecondi, mentre ciò che riguarda la seconda fase i parametri normalmente utilizzati sono i seguenti : intensità compresa tra i 10 ed i 200 µA, frequenza compresa tra 0.3 ed 1Hz e larghezza d’impulso di almeno 100 millisecondi.

Le MENS quindi costituiscono un’interessante terapia strumentale che può trovare un ampio campo applicativo in numerose patologie, e soprattutto la concomitante applicazione di MENS ad altri tipi di terapia strumentale come ad esempio il laser e/ o le TENS, può fornire eccellenti risultati clinici altrimenti difficilmente ottenibili.

GLOSSARIO

Anodo  (dal greco anodos = ascesa) : elettrodo positivo.

ATP ( adenosintrifosfato) : composto organico costituito da adenina, D-ribosio e da tre residui di acido fosforico. L'adenosintrifosfato è diffuso in tutti gli organismi animali e vegetali e partecipa a numerose reazioni biochimiche, rappresenta, nella grandissima maggioranza degli organismi viventi, la principale fonte intracellulare di energia chimica, utilizzabile per una vasta gamma di attività cellulari.

Catena di trasporto degli elettroni (o catena respiratoria): è costituita da un sistema sequenziale di reazioni biochimiche, che determina il trasferimento di elettroni dalle molecole di un substrato ridotto, come il NADH, all'ossigeno molecolare. Dal punto di vista strutturale la catena di trasporto degli elettroni è costituita da vari sistemi enzimatici, detti trasportatori di elettroni, dai loro coenzimi (FAD, citocromi) e dall'accettore finale di elettroni. Attraverso la catena di trasporto degli elettroni un substrato, per esempio il NADH, viene ossidato, in tal modo l'energia chimica potenziale disponibile nel substrato da ossidare viene liberata in modo da consentire la trasformazione di tale energia in energia chimica sotto forma di ATP, il principale fornitore di energia della cellula.

Catodo (dal greco kathodos = discesa) : elettrodo negativo.

Ciclo dell'acido tricarbossilico (ciclo dell’acido citrico o ciclo di Krebs) : importante via metabolica attraverso la quale le molecole di acetil-CoA, prodotte soprattutto dalla demolizione dei grassi e dei carboidrati, vengono ossidate direttamente a CO₂ ed H₂O.

Condrocita (cellula cartilaginea) : è l’elemento cellulare del tessuto cartilagineo. I condrociti appaiono al microscopio ottico come cellule generalmente di forma sferica od ovoidale, con citoplasma contenente goccioline lipidiche e depositi di glicogeno. I condrociti producono la matrice del tessuto cartilagineo in cui occupano, da sole o a nidi, le così dette lacune. I processi moltiplicativi dei condrociti sono alla base del meccanismo di accrescimento interno (o interstiziale) della cartilagine.

Gradiente ( dal latino gradi = avanzare) : rappresenta il tasso di variazione di un elemento in funzione di una distanza, ad esempio si definisce "gradiente termico" la variazione della tamperatura in funzione della quota. Il "gradiente protonico" rappresenta quindi la variazione della concentrazione di protoni in funzione di una determinata distanza.

Ione idrossile (o ione ossidrile) : ione inorganico di formula OH^—, prodotto dalla dissociazione dell'acqua e degli idrossidi salini.

Ossidazione : reazione chimica elementare che comporta produzione di energia e che avviene sempre come reazione di ossido-riduzione, nella quale uno degli elementi della reazione (detto agente riducente, ossia donatore di elettroni) viene ossidato liberando elettroni in favore dell’ altro elemento detto ossidante, ossia accettore di elettroni che si riduce. Le reazioni di ossidazione e di riduzione sono quindi, in effetti, reazioni di ossidoriduzione, in quanto è sempre presente una specie chimica che si ossida (riducente), ovvero perde elettroni, ed una specie che si riduce (ossidante), cioè acquista elettroni.

Osteofita: produzione ossea circonscritta e generalmente reattiva (sperone, dente, scheggia).

Pressione oncotica: la pressione osmotica esercitata dalle proteine presenti in soluzione nel plasma sanguigno.

Pressione osmotica : è la pressione esercitata su di una membrana semipermeabile da una soluzione

Bibliografia

1. Cheng N., Van Hoof H., Bockx E., Hoogmartens MJ., De Dijcker FJ. Sansen WM., De Loeckr W. The effect of electric current on ATP generation, protein synthesis and membrane transpot in rat skin. Clin Orthop. 171: 264-272, 1982.
2. Vanable J. The role of endogenous electrical fields in limb regeneration, limb development and regeneration. Prog Clin Biol Res. 110: 587-596, 1983.
3. Smith RB. Microcurrent therapies: emerging theories of physiological information processing. NeuroRheabilitation. 17(1): 3-7, 2002.
4. Alon G. Interferentilal current news. Phis Ther. 65(6): 890-895, 1987.
5. Cook HA., Morales M., La Rosa EM., Dean J., Donnelly MK., McHugh P., Otradovec A. Wright KS., Kula T., Tepper SH. Effects of electrical stimulation on lymphatic flow and limb volume in the rat. Phys Ther. 74(11): 1040-1046, 1994.
6. Zizic TM. Treatment of osteoarthritis of knee with pulsed electrical stimulation. J Reumatol. 22: 1757-61, 1995.
7. Brighton CT., Unger AS., Stambough JL. In vitro growth of bovine articular cartilage chondrocytes in various capacitively coupled electrical fields. J Orthop Res. 2(1): 15-22, 1984.
8. Peterson L., Renström P. Traumatologia dello sport. Prevenzione e terapia. Ed UTET. Torino, 2002., p 349-350.
9. Nessler JP., Mass DP., Direct-current electrical stimulation of tendon healing in vitro. Clinic Orthop. 217: 303-312, 1987.
10. Richez J., Chamay A., Bieler L.. Bone changes due to pulses of direct electric microcurrent. Virchows Arch A Path Anat. 357(1): 11-18, 1972.
11. DuPont JS Jr., Graham R., Tidwell JB. Trigger point and treatment with microcurrent. Journal of Craniomandibular Practice. 17 (4): 293-6, 1999.
12. Lambert MI., Marcus P., Burgess T., Noakes TD. Electro-membrane microcurrent therapy reduces signs and symptoms of muscle damage. Med Sci Sport Exerc. 34(4): 602-607, 2002.
13. Bertolucci LE., Grey T. Clinical comparative study of microcurrent electrical stimulation to mid-laser and placebo treatment in degenerative joint disease of the temporomandibular joint. Journal of Craniomandibular Practice. 13(2): 116-120, 1995.
14. Carley PJ., Wainapel SF. Electrotherapy for acceleration of wound healing: low intensity direct current. Archivies of Physical Medicine and Rehabilitation. 6(7): 443-446; 1985.
15. Gault WR., Gatens PF Jr. Use of low intensity direct current in management ischemic skin ulcers. Phys Ther. 56 (3): 265-269,1976.
16. Sinitsyn LN., Razvozova EP. Effects of electrical microcurrents on regeneration processes in skin wounds. Ortop Travmatol Protez. 2: 25-28, 1986.
17. Spadaro JA., Chase SE., Webster DA. Bacterial inhibition by electrical activation of percutaneous silver implants. Journal of Biomedical Materials Research. 20: 565-577, 1986.