Inventata un’ortesi removibile in grado di prevenire il piede cadente e la trombosi venosa e di mantenere la contrazione muscolare

Dal punto di vista dell’Organizzazione mondiale della sanità (OMS), la salute è la scienza e la tecnologia della prevenzione delle malattie, che fornisce servizi medici per la diagnosi immediata, il trattamento e lo sviluppo, al fine di affrontare i problemi. La sicurezza è uno degli aspetti più importanti dei sistemi sanitari [1]. Aumentare la qualità del lavoro incrementa di conseguenza l’accuratezza e il miglioramento del processo di cura, la sua rapidità e anche la soddisfazione dei pazienti [2]. La terapia intensiva comprende l’assistenza ai pazienti con malattie potenzialmente letali, sotto la supervisione del personale più qualificato, con attrezzature e strutture avanzate, e include tutta l’assistenza sensibile legata alla vita del paziente [3-4]. Una parte significativa dello sforzo del sistema di cura è concentrata sulla capacità di fornire ai pazienti i migliori servizi nel minor tempo e al minor costo. Le unità di terapia intensiva (UTI) hanno un posto importante a causa degli elevati costi umani ed economici che possono comportare per il sistema sanitario [5-6]. Tra i pazienti si possono citare quelli con problemi come chetoacidosi diabetica, emergenza ipertensiva, autoavvelenamento non accidentale, insufficienza cardiaca, cardiopatia ischemica, malattie cerebrovascolari e patologie respiratorie [7-9]. Sono stati condotti numerosi studi per individuare i fattori che aumentano la mortalità dei pazienti ricoverati in terapia intensiva. Shock infettivo, età, fumo e infezioni nosocomiali sono tra i fattori che aumentano la mortalità nei reparti di terapia intensiva [10-11]. Un ampio studio sugli ospedali del Regno Unito ha mostrato che il tasso di mortalità dei pazienti ricoverati nei reparti di terapia intensiva è di circa il 20,6% [12], mentre quello degli ospedali pubblici di Singapore è del 9,4% [13]. Le complicanze del ricovero in terapia intensiva comprendono il piede cadente, la trombosi venosa profonda [14], l’atrofia muscolare [15] e così via. Il tromboembolismo venoso (TEV), che comprende la trombosi venosa profonda (TVP) e la tromboembolia polmonare (TEP), è un problema di salute pubblica che causa 250000 ricoveri all’anno negli Stati Uniti [16-17]. D’altra parte, ogni anno tra cinquantamila e centomila persone vengono ricoverate per una malattia benigna e curabile, ma muoiono per embolia polmonare, mentre con la prevenzione la morte di questi pazienti potrebbe essere evitata [18].

I fattori di rischio di questa malattia sono immobilità, tumori, infarto del miocardio, insufficienza respiratoria, interventi chirurgici, traumi, obesità, uso di ormoni femminili e disturbi ereditari della coagulazione [19]. Un’altra complicanza del ricovero è il “piede cadente”. Il piede cadente, o prolasso del piede, è una condizione in cui una persona non è in grado di eseguire correttamente la dorsiflessione dell’articolazione a causa della debolezza o della paralisi del muscolo tibiale anteriore o di altri muscoli che hanno origine dal nervo peroneale. Il piede cadente può essere monolaterale o bilaterale. Con questa complicanza si osservano talvolta sintomi come dolore, debolezza e intorpidimento [20]. La diagnosi di questa complicanza è facilmente possibile con l’esame obiettivo, ma l’uso di tecniche di imaging e dell’elettromiografia può aiutare a esaminarla più da vicino [21]. Oggi esistono vari trattamenti per controllare il piede cadente: in base alla causa della complicanza si adotta il metodo di trattamento appropriato. Tra i trattamenti disponibili per la prevenzione e la correzione del piede cadente, i più comuni sono la fisioterapia, la stimolazione elettrica e l’insegnamento dell’uso dell’ortesi caviglia-piede [22]. Altre complicanze del ricovero in terapia intensiva comprendono l’atrofia muscolare [15], le piaghe da decubito e così via. Attualmente, in base all’argomento e ai risultati della ricerca, uno dei modi per prevenire e ridurre le complicanze nei reparti ospedalieri è produrre e utilizzare un’ortesi mobile in grado di prevenire il prolasso del piede e la trombosi venosa e di mantenere la contrazione muscolare. Di seguito ne descriveremo la struttura. Questa idea è stata registrata presso l’Organizzazione dei brevetti dell’Iran con il numero di invenzione 103769. Metodi Questo progetto è nato da una nuova idea della ricercatrice; poi, cercando nei contenuti scientifici di articoli e libri, titolo e proposta del progetto sono stati redatti con il parere del supervisore. Quindi il modello del dispositivo è stato progettato in collaborazione con ingegneri grafici e meccanici Fianccy. Lo strumento principale è stato inventato dalla ricercatrice. Con un ingegnere meccanico e con SolidWorks, il progetto di questo strumento è stato elaborato con software professionali a partire dalla proposta accademico-teorica dei ricercatori (Mahmoudi e Mohammadbeik) di realizzare uno strumento per prevenire il piede cadente, la deformità delle dita dei piedi e l’atrofia muscolare, migliorare il ritorno del sangue dagli organi distali a quelli prossimali, mantenere la funzione delle valvole venose, valutare i segni vitali e mantenere la forza dei muscoli solidi del piede e prevenirne l’atrofia. Questa idea è stata progettata con software e il file del progetto è stato poi trasferito in laboratorio dalla ricercatrice e dall’ingegnere meccanico al lavoro per la progettazione dell’hardware e del prototipo. La struttura dell’ortesi è stata discussa in termini di morfologia di tutti gli angoli, di misurazione delle figure sulla base degli standard e, dopo la modifica delle figure, la misurazione è stata riprogettata da un esperto di software. Questa ortesi mobile, in grado di prevenire il piede cadente, mantenere la funzione delle valvole venose e valutare i segni vitali, è composta da (chiusura meccanica: 3×2 cm, corpo: lunghezza 40 cm, sensore di polso: 0,5×0,5 cm, sensore del pulsossimetro: 0,5×1 cm, strato interno gonfiabile R: 12 cm, strato esterno R: 15 cm, cavi di trasmissione dei segnali elettrici R: 1 cm, soletta: 25 cm, cerniera removibile R: 2 cm, connettore tra lo strato interno e la pompa dell’aria R: 2 cm). L’ortesi è costituita da una sezione superiore e una inferiore che, dopo il corretto posizionamento del piede al suo interno, vengono collegate tra loro da una chiusura meccanica (secondo la figura 1, numero 2). Per il movimento del piede nella sua gamma di movimento (ROM), la prima cerniera removibile (secondo la figura 7, numero 11) viene collegata a un monitor, separato dall’ortesi, tramite un cavo. Tutti i movimenti normali del piede (flessione dorsale del piede, flessione plantare del piede, inversione, eversione) vengono eseguiti da un programma progettato sullo schermo: scegliendo ciascun movimento, il messaggio viene trasferito tramite un cavo alla cerniera removibile (secondo la figura 3, numero 11) e, muovendo l’ortesi, il piede si sposta nella direzione desiderata e, secondo le istruzioni date al programma, resta nella posizione desiderata per un periodo di tempo specificato (5 s) e poi ritorna alla posizione iniziale. I quattro movimenti del piede (flessione dorsale, flessione plantare, inversione ed eversione) sono eseguiti tramite un programma impostato nella memoria dello schermo attraverso la cerniera removibile: durata del movimento, numero di ripetizioni, tempo di riposo del piede fino al movimento successivo. Per prevenire la trombosi venosa profonda (TVP) e mantenere la funzione della valvola unidirezionale, per prima cosa la piccola pompa dell’aria portatile (secondo la figura 6, numero 1), disponibile in commercio, viene collegata con un tubo dell’aria al connettore tra la pompa (secondo la figura 2, numero 4) e lo strato interno gonfiabile (secondo la figura 3, numero 8); trasferendo l’aria dalla pompa allo strato interno gonfiabile si ottiene l’azione di gonfiaggio e svuotamento. Naturalmente il numero di ripetizioni e l’intensità della pressione dell’aria sono definiti dallo schermo (secondo la figura 2, numero 6) presente sul corpo della pompa (secondo la figura 6, numero 1) e applicati al piede; questa azione genera una pressione standard (17 mmHg) sulla valvola unidirezionale e favorisce la continuità e il circolo sanguigno, evitando la riduzione della funzione della valvola unidirezionale. Inoltre i cavi elettrici (secondo la figura 1, numero 3) sono collegati tramite un filo alla posizione desiderata (secondo la figura 5, numero 5) e, dopo il collegamento a un apparecchio TENS (generatore di impulsi), producendo impulsi causano la stimolazione elettrica dei muscoli e prevengono l’insufficienza e l’atrofia muscolare; l’intensità della tensione, la durata della stimolazione muscolare e il numero di stimolazioni sono controllati e impostati tramite lo schermo (secondo la figura 5, numero 2) e programmati. In base alla posizione del sensore nella parte superiore dell’ortesi (secondo la figura 4, numero 10) viene misurato il numero di battiti del polso pedidio dorsale e mostrato sullo schermo. Inoltre, ponendo il sensore del pulsossimetro nella parte superiore dell’ortesi (secondo la figura 4, numero 9), la quantità di saturazione di ossigeno viene mostrata sullo schermo. Grazie alla realizzazione di un’ortesi mobile e alla sua struttura, la stimolazione elettrica muscolare previene la riduzione della contrazione muscolare, l’atrofia e il piede cadente e permette di mantenere la funzione delle valvole; la saturazione di ossigeno viene monitorata attraverso il sensore del polso pedidio dorsale e il sensore del pulsossimetro e può prevenire l’insorgenza di molte malattie e i decessi da esse causati.

Secondo la figura 1: 1- Corpo dell’ortesi 2- Chiusura meccanica 3- Cavi elettrici

Secondo la figura 2: 4- Connettore 5- Soletta dell’ortesi 6- Parte superiore dell’ortesi

Secondo la figura 3: 7- Strato esterno dell’ortesi 8- Strato interno dell’ortesi 11- Cerniere removibili

Secondo la figura 4: 9- Sensore del pulsossimetro 10- Sensore di polso

Secondo la figura 5: 1- Dispositivi TENS 2- LCD 3- Accensione 4- Spegnimento 5- Posizione di collegamento dei fili

Secondo la figura 6: 1- Pompa dell’aria 2- LCD 3- Accensione 4- Spegnimento 5- Giunzione con l’interfaccia

Discussione Questa ricerca è stata condotta nel campo della medicina e dell’ingegneria medica. Data la diffusione del piede cadente e della trombosi venosa profonda nell’erogazione dell’assistenza medica, si avverte la necessità di usare dispositivi preventivi per evitare questo problema. Grazie al design innovativo, questo dispositivo serve a prevenire il piede cadente, la deformità delle dita dei piedi e l’atrofia muscolare, a migliorare il flusso sanguigno dal basso verso l’alto, a monitorare i segni vitali e a mantenere la forza dei muscoli della gamba. I vantaggi di questo progetto comprendono il movimento del piede in quattro direzioni (flessione del dorso del piede, flessione della pianta del piede, inversione ed eversione), la possibilità di programmare il numero e la durata dei movimenti, il controllo dei segni vitali nell’arto inferiore, la prevenzione della riduzione della contrazione muscolare, della stasi ematica e della trombosi negli arti inferiori, e la prevenzione dell’atrofia e della perdita di massa muscolare. Inoltre, in base alla ricerca di Esfandiari et al. (2017), uno studio intitolato Literature Review of the Effect of Ankle-Foot Orthosis on Gait Parameters After Stroke (23), a quella di Alnajar et al. (2020), intitolata Advances in neuroprosthetic management of foot drop (24), e a quella di Prenton et al. (2018), intitolata FUNCTIONAL ELECTRICAL STIMULATION AND ANKLE FOOT ORTHOSES PROVIDE EQUIVALENT THERAPEUTIC EFFECTS ON FOOT DROP (25), e a questa ricerca, si suggerisce l’uso di dispositivi preventivi per prevenire il piede cadente, la deformità delle dita dei piedi e l’atrofia muscolare, migliorare il flusso sanguigno dal basso verso l’alto, mantenere la funzione delle valvole unidirezionali, monitorare i segni vitali e mantenere la forza dei muscoli della gamba. Risultati I risultati di questo studio e di altre indagini possono rappresentare uno dei modi più efficaci per prevenire il piede cadente, la deformità delle dita dei piedi, l’atrofia muscolare, migliorare il flusso sanguigno dal basso verso l’alto, monitorare i segni vitali e mantenere la forza dei muscoli del piede. Inoltre, l’uso dell’ortesi può ridurli in modo significativo. Si raccomanda inoltre di modificare le politiche di prevenzione, ad esempio producendo strumenti come l’ortesi removibile. Siamo pronti a collaborare con tutte le istituzioni e le persone dei settori dell’economia, della formazione, della ricerca e della sanità e con le startup su questa idea.

Mohammad Masoud Mahmoudi1, Asghar karbord2*, Kourosh Alimohammadbeik1, Parnia Toudehfallah3, Fatemeh KarimiRouzbahani3, Mahyar Mahmoudi4 1Studente di Infermieristica, Young Researchers and elite club, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran. 2MSC Epidemiology of clinical research development unit, velayat hospital & Faculty Members of Surgical Technologist Group of Paramedical College, Qazvin University of Medical Science. Qazvin, Iran. 3Studenti di Infermieristica della facoltà di paramedicina, Qazvin Islamic Azad University, Qazvin, Iran. 4Department of Occupational Therapy, School of Rehabilitation, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Tehran, Iran. *Autore corrispondente: Asghar karbord. Epidemiology of clinical research development unit, velayat hospital & Faculty Members of Surgical Technologist Group of Paramedical College, Qazvin University of Medical Science. Qazvin, Iran.