Modifica di Elettromiografia (sezione)

===Elettrodi===
Tutti sanno che la registrazione dei segnali elettrici biologici inizia con gli elettrodi, ma pochissimi si rendono conto della vera "necessità" di questi. Gli elettrodi sembrano qualcosa di intrinseco al processo di registrazione, e nessuno mette davvero in discussione il loro ruolo.

In realtà, il problema è abbastanza semplice. I circuiti elettronici per amplificare e registrare i segnali sEMG sono essenzialmente fatti di fili elettrici. Questi fili sono ovviamente metallici (rame), e le cariche elettriche comuni di un solo tipo fluiscono attraverso di essi: gli elettroni. Sicuramente tutti sanno che gli elettroni fluiscono nei fili elettrici. Tuttavia, poche persone si chiedono se gli elettroni possano anche fluire nel corpo umano. Certamente, i potenziali cellulari, che sono alla base delle differenze di potenziale rilevabili sulla pelle, causano correnti elettriche, cioè flussi di cariche elettriche. Ma queste cariche nei tessuti del corpo non possono essere

elettroni. In effetti, è difficile trovare elettroni liberi in movimento nel corpo umano, come accade nel reticolo metallico di un filo. Nel nostro corpo, abbiamo altri portatori di carica elettrica, che sono gli ioni. Gli ioni sono "pezzi" di molecole con una carica elettrica netta diversa da zero. Sono molto diversi dagli elettroni: possono pesare decine o centinaia di migliaia di volte di più e possono avere cariche multiple rispetto a un elettrone e persino di segno opposto. Purtroppo, possono fluire solo in un ambiente acquoso e certamente non in un filo a causa delle loro dimensioni. Quindi, la situazione è la seguente: abbiamo una corrente elettrica nei fili metallici dell'amplificatore, così come abbiamo una corrente elettrica nei tessuti del corpo, dove i portatori sono gli ioni. Come possiamo garantire che la carica elettrica fluisca in un circuito così "misto"? Come possiamo garantire che i portatori scambino carica elettrica? Questo è precisamente il ruolo importante dell'elettrodo. Qui, una reazione chimica scambia cariche elettriche tra elettroni e ioni. L'unica reazione chimica che fa questo è quella nota come redox (ossidoriduzione). Pertanto, lo scopo degli elettrodi è fornire un sito per una reazione redox che "chiude il circuito" e permette alle cariche elettriche di fluire continuamente dai tessuti del corpo all'amplificatore e viceversa, consentendo così di rilevare e amplificare i biopotenziali sulla pelle. Funziona tutto come se la carica elettrica viaggiasse su un tipo di trasporto (elettroni) in un ambiente e su un altro tipo di trasporto (ioni) in un ambiente diverso. Abbiamo bisogno di una sorta di "intercambio" dove la carica elettrica possa essere trasferita da un mezzo all'altro.

Questo è il motivo per cui gli elettrodi sono così importanti e non solo semplici e banali pezzi di filo da collegare alla pelle.

Se nessuno avesse ancora inventato un elettrodo, si potrebbe pensare di realizzarlo come segue. Sembrerebbe opportuno farlo in due parti: una parte metallica da collegare al filo che va all'amplificatore e una parte salina, attaccata alla prima, capace di partecipare alla reazione redox. Inoltre, sarebbe importante che la resistenza dell'elettrodo fosse il più bassa possibile per evitare una caduta di tensione eccessiva all'elettrodo, che si tradurrebbe in un valore minore misurato sulla traccia. Pertanto, dovrebbe essere scelto un metallo a bassa resistività (e dermatologicamente adatto) come l'argento (non l'oro, poiché è troppo costoso). Per la parte salina, ovviamente, si sceglierebbe un sale d'argento. Quale? Poiché l'elettrodo è posto sulla pelle, che è in comunicazione diretta con i fluidi extracellulari dei tessuti ricchi di cloruro, si sceglierebbe il cloruro d'argento. Quindi l'elettrodo sarebbe fatto come segue: una piccola piastra metallica d'argento ricoperta da uno strato di cloruro d'argento nell'area che viene a contatto con la pelle. Per concludere, si potrebbe usare una spugna imbevuta in una soluzione di cloruro d'argento in acqua per garantire la mobilità appropriata degli ioni. Sarebbe saggio mantenere l'intero setup

 protetto dalla luce poiché la luce decompone i sali d'argento, come potresti ricordare dalla fotografia su pellicola, che ora è scomparsa. E così abbiamo "inventato" un bel elettrodo. Ma come funziona?

La reazione redox che avviene tra l'elettrodo e la pelle è la seguente:

<math>AgCl + e^-\Leftrightarrow Ag + Cl^-</math>

e tutto sembra funzionare bene. In particolare, poiché la reazione è reversibile, c'è la possibilità che la corrente fluisca in entrambe le direzioni con la stessa reazione redox. Si dice che l'elettrodo sia reversibile. Ma cosa succede se la corrente fluisce in una sola direzione, come nelle misurazioni elettromiografiche di lunga durata? In questo caso, l'elettrodo potrebbe "consumarsi", il che significa che lo strato di cloruro potrebbe dissolversi completamente e l'argento metallico verrebbe a contatto diretto con la pelle. Pertanto, si dice che l'elettrodo sia consumabile. Un elettrodo argento/cloruro d'argento è sia reversibile che consumabile. L'esaurimento dell'elettrodo non è un risultato positivo. Per effettuare una misurazione con l'amplificatore, sono necessari almeno due elettrodi. Ognuno di essi probabilmente "vedrà" una concentrazione diversa di ioni cloruro nell'area in cui è posizionato. Questo farà sì che ogni elettrodo generi il proprio potenziale di semicella (equazione di Nernst) diverso dall'altro. Questo potenziale è anche noto come potenziale di giunzione liquida. Poiché i due potenziali sono diversi, non si annulleranno a vicenda, e quindi il valore misurato sarà il potenziale muscolare aggiunto alla differenza nei potenziali di semicella degli elettrodi. Il potenziale elettrico muscolare ha valori ben al di sotto di un millivolt, mentre il potenziale di giunzione liquida ha valori dell'ordine dei volt. Questo fatto rende la misurazione alquanto complicata, ma è comunque possibile gestire questo fenomeno e ottenere buone registrazioni. Almeno finché l'elettrodo è in buone condizioni! Una volta che il cloruro è completamente esaurito, il potenziale di semicella diventa imprevedibile e irregolare, a seconda degli altri ioni presenti nell'area, nonché delle impurità nell'argento. Sarà molto difficile per l'amplificatore elettromiografico compensare e superare questo effetto. A questo punto, si dice che l'elettrodo sia diventato polarizzato e può essere scartato senza rimpianti.

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File:SnapShot 241014 165659.jpg|'''Figura 1:''' Diagramma schematico della trasformazione di una corrente ionica (carica negativamente) in una corrente elettronica (carica negativamente) attraverso lo sfruttamento della reazione redox resa possibile dalla presenza dell'elettrodo. 
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Sarebbe bello, quindi, inventare un elettrodo inesauribile. Uno potrebbe essere realizzato con una piastra di platino metallico. Il platino catalizza l'elettrolisi dell'acqua (siamo ovviamente in un ambiente acquoso), e abbiamo la seguente reazione:

<math>2e^-+2H_2O\rightarrow 2OH^- + H_2</math>

Tuttavia, questa volta è una reazione non reversibile, quindi se la direzione della corrente viene invertita, si verifica una reazione diversa.

si verifica:

<math>2H_2O\rightarrow 4H^++O_2+4e^-</math>

Quindi, abbiamo un elettrodo inesauribile (il platino catalizza la reazione ma non vi partecipa chimicamente, quindi non si consuma), ma è irreversibile. La produzione di gas (idrogeno gassoso o ossigeno gassoso) durante la reazione di elettrolisi è piuttosto scomoda perché il gas tende a isolare l'elettrodo dalla pelle, rendendo questo tipo di elettrodo non particolarmente utile.

Sebbene esistano almeno altri due o tre tipi di elettrodi per l'elettromiografia, l'elettrodo Ag/AgCl è il più comunemente usato ed è ora venduto per pochi centesimi ciascuno.

Storicamente, vale la pena menzionare un elettrodo interessante: l'elettrodo "spray-on", sviluppato dalla NASA per monitorare gli elettrocardiogrammi dei primi astronauti. L'elettrodo spray-on era realizzato spruzzando grafite colloidale (polvere di carbonio) sulla pelle, dipingendola di fatto. La grafite conduttiva creava un contatto intimo con la pelle, e un normale filo metallico poteva semplicemente essere posizionato sulla "macchia nera". Oggi, l'elettrodo spray-on è quasi non più utilizzato.