venerdì 15 febbraio 2013

artrite, artrosi ed altre infermità degli arti


 artrite, artrosi ed altre infermità degli arti

23 Apr

Archivio | aprile, 2018

artrite ed artrosi sono due termini che si rassomigliano spesso nei sintomi, ma sono due cose concettualmente diverse. La prima è un’infiammazione di una o più articolazioni o per traumi o per infezioni o per disturbi del ricambio (gotta), la seconda è un assottigliamento delle cartilagini articolari con tentativi di autoriparazione, depositi di calcio e distrofie ossee. Se si approfondiscono le manifestazioni dei sintomi si trovano sostanziali differenze. I dolori artrosici si riducono se si riduce il movimento, quelli artritici sono insensibili al movimento e proseguono anche quando si è a letto. La rigidità negli artrosici è presente solo nelle forme gravi, mentre negli artritici è presente sempre, specialmente al mattino. Altro sintomo caratteristico dell’artrite è il gonfiore, che è raro nell’artrosi. (Vedere anche illustrazione SINTOMATOLOGIA ARTROSI/ARTRITE nella figura 1). La differenza tra le due condizioni si riconosce con la presenza od assenza di cellule infiammatorie nel liquido sinoviale. Un’altra caratteristica della degenerazione artrosica è la presenza di escrescenze ossee dette osteofiti, come nell’immagine ARTROSI ELLA MANO della figura 1. Esse provocano dolore e perdita di funzione dell’articolazione. Le articolazioni degli artrosici sono logorate, quelle degli artritici sono infiammate. Faccio notare che la terminologia anglosassone chiama  artrosi osteoartrite (osteoarthritis).    ( NOTA 8)  
Esaminiamo un po’ più a fondo l’artrosi. Per ridurre il dolore, le artrosi si curano con antiinfiammatori, anelgesici, con la palestra e talvolta con le fasce riscaldanti o con le manipolazioni. Per quanto riguarda la palestra è bene farsi seguire da qualche fisioterapista, altrimenti il male può peggiorare.
Una delle artrosi più comuni è il mal di schiena, il più delle volte interessante le vertebre della zona lombare e lombosacrale. Vedere in figura 2 ARTROSI VERTEBRALE. La sua origine in molti casi (almeno il 70% del totale) è da attribuire ad incorretta postura – vedere POSTURA in figura 2) – od a mancanza di movimento od a difetti strutturali della schiena. Anche chi pratica giardinaggio dovrebbe evitare di curvarsi quando è nella posizione eretta; dovrebbe invece preferire di curvarsi inginocchiato. Del malanno ne soffrono 8 persone su dieci. (NOTA 1)
Ma perché la razza umana è così sofferente di mal di schiena? È perché l’evoluzione, che pure ci ha avvantaggiato con la stazione eretta, non ha completato bene l’opera. Nel 60–70% dei casi il dolore acuto passa in 6 settimane, nel 20% dei casi in 12 settimane. La scoliosi (deviazione della colonna vertebrale – vedere in figura 2 l’immagine LA SCOLIOSI) è la causa del mal di schiena di Bolt, il giamaicano più veloce del mondo. Spesso è dovuta a lunghezza ineguale delle gambe. Importante per i ragazzi è la postura nel sedersi a scuola. Altre curvature della spina dorsale (o in avanti in alto o all’indietro al centro o all’indietro al centro e di nuovo in avanti in basso) si chiamano lordosi. Talvolta dolori alla schienapersistenti possono costituire un sintomo della comparsa di una spondilite. Per essa si veda più avanti. Alcuni ricercatori pensano che un’eccesiva preoccupazione del paziente per il mal di schiena ne ritardi a la guarigione. Quindi quando esso è venuto non farne una tragedia, e provarle tutte, provare anche la manipolazione vertebrale basata sulla teoria che alcuni mal di schiena derivano da sublussazioni vertebrali. Il dolore al polso spesso  è causato da un tipo di artrosi che viene chiamato da instabilità carpale causata per lo più dalla frattura dell’osso scafoide la cui posizione è indicata nella mano nell’immagine POLSO: ARTROSI DA INSTABILTÀ CARPALE della figura 1. Le fratture dello scafoide sono difficili a guarire e dopo le cadute (con le mani avanti per proteggersi) è frequente che quest’osso rimanga definitivamente lesionato. Ma ovviamente il dolore al polso può avere anche altre cause, ad esempio l’artrite reumatoide     (NOTA 4) (NOTA 6) o la sindrome del tunnel carpale, un’infiammazione (con formicolio alle dita e difficoltà a prendere in mano oggetti) del nervo mediano che passa nel tunnel carpale e che dà la sensibilità alle dita. (NOTA 5) Le cause dell’artrosi potrebbero esser tante: soprattutto traumi e microtraumi in attività lavorative, come utilizzo del martello pneumatico (artrosi alle mani), guida di camion (artrosi lombare),uso eccessivamente protratto del computer (artrosi cervicale-dorsale). L’artrosi del ginocchio è provocata dalla progressiva degenerazione della cartilagine  (NOTA 3)    delle superfici articolari [vedere nella figura 1 l’immagine GINOCCHIO (particolari) e qui sotto MENISCO, STRUTTURA FIBROSO-CARTILAGINEA DEL GINOCCHIO]. Questa alterazione strutturale tende a portare le ossa a contatto l’una dell’altra. Il paziente di solito sente più dolore nello scendere che nel salire le scale. Se gli interventi precedenti falliscono e la qualità della vita del paziente è tale da giustificare l’intervento, ed anche se il paziente è abbastanza giovane, bisogna inserire una protesi. Vedere in figura 1 PROTESI METALLICA AL GINOCCHIO a cui è stata affiancata, per spiegare la funzione della protesi, anche l’mmagine FEMORE-TIBIA. L’operazione inizia con un taglio ne praticatosulla parte interna del ginocchio, lungo 8-10 cm. Spesso l’intervento si fa su di un solo compartimento, il più rovinato, che più di frequente è quello interno. Vengono levigati la parte superiore della tibia ed il condilo femorale (una delle due prominenze rotondeggianti del femore) per farli aderire bene alla protesi. Un paio di giorni dopo l’intervento si può stare in piedi con le stampelle (da tenere però almeno 4 settimane). La trombosi venosa, viene tenuta a bada con antitrombotici (eparine) e calze elastiche; ma pur tuttavia essa si verifica in meno dell’1% dei casi.
Perché un ginocchio si gonfia?    Se non vi è stato un trauma, può essersi verificata un’infezione che ha portato ad un aumento del liquido articolare contenente pus, oppure, se l’aumento del gonfiore è graduale,  esso dipenderà per lo più da  patologie della membrana sinoviale.  Se il ginocchio è gonfio si interviene con infiltrazioni di cortisone (con prudenza) o di  acido ialuronico. Talvolta si aspira il liquido e si verifica che è presente un’infezione. In questo caso è necessario l’uso di un antibiotico. (NOTA 9)
L’artrosi dell’anca è provocata dal fatto che le due facce articolari della testa femorale e dell’acetabolo (la cavità sferoidale dell’osso iliaco) non sono più correttamente lubrificate e nutrite dal liquido sinoviale generato dalla membrana sinoviale, e la cartilagine è deteriorata. Vedere immagine ARTROSI DELL’ANCA in figura 1. Come per altre artrosi, esistono due terapie, una conservativa ed una chirurgica. La terapia conservativa si basa sui condrointegratori(associati nelle fasi acute ad antinfiammatori non steroidei, i FANS),

sulla fisioterapia, sul controllo del peso. La terapia chiruregica si decide quando la funzionalità dell’anca è molto compromessa ed il dolore non più accettabile. Vedere in figura 1 INSERIMENTO PROTESI, etc. L’intervento consiste nell’inserzione di una plastica speciale e di una testa metallica assemblata su di uno stelo fissato entro il femore. L’osteointegrazione provvede a rendere solidale l’osso con la superficie porosa della protesi. Talvolta (osteoporosi avanzata) è necessario cementificare. Il paziente resta in ospedale 4-8 giorni ed inizia a camminare con le stampelle. Se la protesi è stata cementata si può camminare senza stampelle dopo due settimane, altrimenti bisogna protrarne l’uso.   (NOTA 7)
Il gonfiore dell’osso è una patologia del ginocchio che spesso viene confusa con un danno al menisco. Parliamo dell’edema(gonfiore per accumulo di fluido dell’osso spongioso (vedere OSSO SPONGIOSO, etc. qui sotto), una struttura simile ad una spugna situata all’interno del femore e della tibia e contenente il   midollo.

L’artrosi vertebrale è un’affezione provocata da una modifica del tessuto cartilagineo presente tra le vertebre che non consente di mantenere più l’elasticità della colonna vertebrale. (vedere in figura 1 ARTROSI VERTEBRALE). Si vedano anche le due immagini di APPARATO SCHELETRICO in figura 1 ed il mio articolo l’ernia al disco.  L’artrosi vertebrale si manifesta, a seconda dei casi, con rigidità e dolore mattutino, formicolio degli arti, sciatalgia, lombalgia, cruralgia, disturbi cervicali. Spesso la malattia si stabilizza, ma per ovviare o ridurre al minimo i dolori occorre prendere dei farmaci sedativi, che vanno dall‘acido acetilsalicilico 2-(OCOCH3)C6H4COOH al paracetamolo CH3CONH-C6H4-OH, ai FANS, agli OPPIACEI, come il tramadolo, inibitore della ricaptazione della noradrenalina e favorente il rilascio della serotonina ( formule in figura 1). Questi ultimi sono farmaci basati su molecole non steroidee (il cortisone è uno steroideo). Se usati in creme bisogna non esporsi al sole diretto, perché questi farmaci sono fototossici per la pelle (ma se l’infiammazione da farmaco si è già verificata si può rimediare con un impacco freddo di permanganato di potassio [KmnO4] allo 0,025%).
I FANS riportati hanno tutti  un gruppo carbossilico COOH, essendo formalmente dei derivati dell’acido propionico (ketoprofene, ibuprofene e naproxene). In particolare, può essere utile, per alleviare il dolore, il ketoprofene applicato per via transcutanea (ad es., come cerotto Keplat®) [Monografia di keplat 7cer med 20mg.htm]. Altre classi di FANS non riportate in figura 1 sono gli indolici, gli oxicami, gli antranilici e gli arilacetici. Tutti impediscono, tramite l’inibizione dell’enzima cicloossigenasi, la sintesi, a partire dall’acido arachidonico, di quelle prostaglandinecoinvolte nella genesi dei processi flogistici. Vedremo più avanti che altre prostaglandine hanno effetto opposto. Un’altra classe di antinfiammatori non steroidei sono gli inibitori selettivi della cicloossigenasi 2, detti Coxib. Danno dei vantaggi rispetto ai precedenti perché hanno minori effetti gastrolesivi, ma non sono ancora stati sperimentati con sicurezza (alcuni di essi sono stati ritirati dal commercio perché risultati deleteri per la circolazione sanguigna). Nei casi resistenti si usano i cortisonici, che però hanno effetti collaterali, per cui bisogna evitarne l’abuso. I cortisonici sono in generale delle molecole ad attività glucococorticoide e/o antiflogistica, con struttura simile a quella dell’idrocortisone (formula in figura 1). L’attività glucorticoide è quella fisiologica dei corticosteroidi della ghiandola surrenale nel regolare il metabolismo degli zuccheri. I 4 prototipi con attività antiflogistica sono l’idrocortisone, il cortisone, che ha un CO invece dell’OH in posizione 11, entrambi naturali, il prednisolone con un doppio legame in 1-2, ed il prednisone che oltre al doppio legame in 1-2 ha anche un CO in posizione 11, entrambi artificiali. Mediante sostituzione con altri atomi (ad es. Cl, F, gruppi metilici) od altre modifiche periferiche, da queste 4 molecole sono stati ottenute numerose marche commerciali, alcune delle quali trovano impiego corrente. Per le artrosi, in generale,  si usano anche i condroprotettori (dal greco “chondros” = cartilagine) che hanno appunto la funzione di proteggere le cartilagini articolari (glucosammina, acido ialuronico, condroitina ed anche altri). Vederne le formule in figura 2. Si cerca con essi di impedire la progressione della malattia. L’acido ialuronico, in ingl. hyaluronic acid, è un glucosaminoglicano composto da acido D-glucoronico e D-N-acetilglucosamina ed i polimeri possono avere un peso molecolare compreso tra 5.000 e 20.000.000 dalton in vivo (il sinoviale è di 3-4 milioni). È detto anche Hyaluronan, ed è fornito come farmaco, essendo efficace sia nel caso dell’artrite che dell’artrosi specialmente sotto forma di iniezioni. Esso è presente in tutti i tessuti del corpo ed ha diverse importanti funzioni. Principalmente, nei tessuti non irrorati dal sangue, come le cartilagini, aiuta a portare nutrienti alle cellule ed espellerne tossine. Una persona di 70 kg ha circa 15 g di acido ialuronico nel suo corpo, un terzo dei quali vengono degradati e risintetizzati ogni giorno. La glucosamina agirebbe in conseguenza del fatto che stimola la produzione di acido ialuronico [McCarty MF, Med Hypotheses_ 1998 Jun;50(6):507-10, Enhanced synovial production of hyaluronic acid may explain rapid clinical response to high-dose glucosamine in osteoarthritis]. La glucosammina somministrata in quantità di 1500 mg/die (ben al di sopra della dose giornaliera di 250 mg della pillola di Reumilase SD e di 400 mg di Artriflex Forte) non sembra influenzare la glicemia. Tuttavia persone col diabete dovrebbero monitorare il contenuto di glucosio nel loro sangue e vedere se ci sono delle variazioni nell’analisi quando prendono la glucosammina. Associata alla glucosammina si impiega, per combattere l’artrosi, anche il solfato di condroitina, importante componente della cartilagine. La glucosamina estratta dal guscio dei crostacei può raramente dare reazioni allergiche. In Italia si vende il Reumilase Plus® che contiene i due integratori associati. Il beneficio si osserverebbe solo con artrosi moderata. Sembra che l’osteoartrite dei cani e dei gatti si curi molto bene con glucosammina e condroitina. Viene anche considerato valido come antinfiammatorio il metilsulfonilmetano (CH3)2-S(O)2, ma prove della sua efficacia sono piuttosto incerte. Secondo studi dell’Università di Cardiff, una possibilità di alleviare le infiammazioni è quella di usare supplementi di acidi omega-3. Sono indicati come particolarmente idonei gli oli di salmone e di tonno, che contengono l’EPA (acido eicosapentaenoico) (vedere formula in figura 2), un acido con 20 atomi di carbonio (“eicosa” in greco vuol dire 20) con 5 doppi legami (perciò pentaenoico) in cis e con il primo doppio legame in posizione 3 dalla fine della catena (“omega”), pertanto è chiamato semplicemente acido omega 3. EPA ed i suoi metaboliti sono precursori della prostaglandina E3 (che agisce come inibitore dell’aggregamento delle piastrine e come antinfiammatorio), di trombossani(aggreganti, vasocostrittori) e di leucotrieni (implicati nella sindrome asmatica). In generale le prostaglandine, i trombossani ed i leucotrieni (tre classi che costituiscono gli eicosanoidi) sono anche metaboliti dell’acido arachidonico (od omega 6 detto così perché ha un doppio legame nelle posizione 6 a partire dal carbonio terminale della catena). Vedere le formule in figura 2 dove si osserva anche quella della prostaglandina E3 (“la buona”), di un trombossano[thromboxane in inglese] e di leucotrieni (entrambi classi di “cattivi”). Si osservi però che i trombossani derivati dall’EPA sono meno attivi (e quindi meno cattivi) di quelli derivati dall’acido arachidonico, ed anche i leucotrieni son meno aggressivi. WINOmega3.pdf  Si noti che qualche Autore  parla anche della bontà della prostaglandina I3, pure derivata da EPA e  che è pure riportata in figura 2. Prostaglandin I3 is formed in vivo in man a___ [Nature_ 1984 Jan 12-18] – PubMed – NCBI.htm. Tra i due oli appare migliore quello di salmone, contenente maggiore quantità di EPA (il 18%). Gli effetti benefici degli acidi grassi polinsaturi omega-3, ivi compreso l’acido docosaesaenoico o DHA [CH3-(CH2-CH=CH)6-CH2-CH2-COOH] di struttura del tutto simile a quella dell’acido eicosapentaenoico, ma a a 22 atomi di carbonio, sono stati ampiamente dimostrati oltre che nella riduzione della rigidità e lflessibilità delle giunture anche nel contrastare le malattie cardiovascolari occlusive. Talvolta le artrosi sono legate a fattori occupazionli com’è il caso dell’artrosi della radice del pollice (localizzata tra il primo metacarpo della mano e la prima falange del pollice). Ne sono affette le sarte e le ricamatrici. Vedere in figura 2 l’immagine IL POLLICE. . Se l’artrosi cervicale si manifesta nella parte alta della colonna cervicale si può avere un mal di testa diffuso detto “a casco”; se si manifesta nella aprte bassa si hanno spesso dolore alle spalle con irradiazioni fino alla mano, oppure vertigini, nausea, ronzii. Per l’artrosi cervicale sono consigliati esercizi di stretching e di mobilità nonché di rinforzo muscolare, da eseguire sotto il controllo di un fisioterapista. (NOTA 11)
L’artrosi all’alluce può verificarsi a causa dell’alluce valgo, spesso generato, particolarmente nelle donne, per le scarpe strette o per i tacchi alti. Vi è interessato il primo metatarso con la cosiddetta “cipolla”, che rende difficoltoso il camminare. Con un’operazione chirurgica le ossa vengono risistemate ed anche l’artrosi si attenua o sparisce del tutto. Vedere in figura 1 l’immagine ALLUCE VALGO. Le artriti si possono suddividere nei seguenti tipi: artite gottosa, artrite reumatoide, spondiloartrite (a sua volta suddividibile in anchilosante, psoriasica e reattiva). Parliamo innanzitutto di artrite gottosa (o gotta). La gotta è un male antico di cui furono affetti tanti personaggi storici, come Alessandro Magno, Giulio Cesare , pensatori come Voltaire e scienziati, come Darwin.Vedere l’immagine LA GOTTA in figura 1. Ancora oggi la gotta non è rara non solo perché l’alimentazione moderna può essere ancora squilibrata in favore di proteine (come nei tempi antichi), ma anche perché si fa uso di diuretici che riducono l’eliminazione di acido urico. Il farmaco più impiegato per combattere l’iperuricemia è l’allopurinolo la cui formula è visibile nella figura 3 del mio articolo  i problemi del cuore – seconda parte) . Nel caso di malattia già avanzata come antinfiammatorio si usa l’alcaloide colchicina (da usare con cautela perché estremamente velenoso). Vederne la formula in figura 1. L’artrite reumatoide è la malattia progressiva altamente deformante (tipiche sono le deformazioni delle mani). Vedere le immagini SINTOMATOLOGIA ARTRITE/ARTROSI nella figura 1, ARTRITE REUMATOIDE AVANZAMENTO DELLA MALATTIA in figura 3 e FASE INIZIALE DELL’ARTRITE REUMATOIDE IN UN GINOCCHIO pure in figura 3).       ( NOTA 4)        (NOTA 6)             Il farmaco più usato finora era l’antitumorale methotrexate (MTX, italianizzato in metotrexato) (vedere formula in figura 2) di cui non si conosce il meccanismo di azione. È stato ora scoperto un nuovo medicinale (il Tocilizumab, il cui suffisso –zumab indica che trattasi di un humanized monoclonal antibody, cioè di un anticorpo monoclonale umanizzato), che va a colpire selettivamente una citochina (una molecola cioè che serve per la trasmissione delle informazioni tra cellule del sistema immunitario) di nome interleuchina-6 (IL-6), decisiva nel sostentamento della  cascata infiammatoria che, come è noto, parte a causa di una disfunzione del sistema immunitario, agendo sul corpo stesso degli individui invece che attaccare gli aggressori esterni (si parla, con un pizzico di ironia, di “fuoco amico”). Con questo medicinale si hanno risposte positive del 70% (come è dimostrato anche dall’Ecocolordoppler) ed in certi casi si ha remissione completa, cosa impensabile fino a poco tempo fa. Vedere in figura 2 LE MOLECOLE ANTICORPALI (COME IL TOCILIZUMAB). Tocilizumab è generalmente ben tollerato, anche se è stato segnalato qualche caso di aumento delle transaminasi epatiche (ALT e AST) peraltro lieve e reversibile.Ritornando alle citochine, possiamo chiederci perché esistano nel nostro organismo se sono dannose. La realtà è che queste sostanze hanno anche una funzione nell’organismo non soggetto agli attacchi del sistema immunitario: agiscono in modo del tutto controllato per le normali infiammazioni e solo quando ci sono le anomalie amplificano la loro attività. Le artriti (dal greco “arthron” ed -itis, un suffisso che indica “infiammazione”, sono tante, ed è impossibile in questa sede parlare di tutte. Mi accontento di alcune, le più comuni, oltre alla reumatoide già citata.
L’artrite psoriasica si manifesta in molti dei malati di psoriasi (fino al 30%, ma alcuni Autori parlano del 48%). Questa  malattia della pelle è caratterizzata da macchie di colore rosso-biancastro coperte di squame secche. Il rischio di ammalarsi di essa aumenta se c’è familiarità. In circa il 75% dei casi l’artrite compare dopo le manifestazioni cutanee  la psoriasi. Vari farmaci capaci di ridurne i sintomi e l’evoluzione sono impiegati. Uno dei più comuni è il Methotrexate, che ho già citato per l’artrite reumatoide. Esso riduce anche le lesioni cutanee. Essendo adoperato in basse dosi, pare che non desti preoccupazioni per altri effetti, inoltre è ben tollerato. A differenza della somministrazione nel caso dei tumori, il cui dosaggio è molto più elevato, il methotrexate viene impiegato nell’artrite psoriasica in quantità limitata (fino a 30 mg una volta alla settimana per via orale). Danni alla salute si sono avuti per lo più nei casi di cattiva interpretazione (30 mg giornalieri) e per errori di compatibilità con altri medicinali. (NOTA 2)
Altri farmaci impiegati sono quelli cosiddetti biologici (anticorpi monoclonali), tra cui, più usato, è l’immunosoppressore Golimumab, sviluppato dalla Società Contocor, che trova impiego anche nell’artrite reumatoide. Il suo meccanismo di azione consiste nel neutralizzare il fattore di necrosi tumorale TNF-alfa(tumor necrosis factor alpha), una molecola che è causa prima del processo di ispessimento della pelle perché fornisce un segnale alla cellula di Langherans (da non confondere con quella omonima del pancreas) che fa da iniziatore. Vedere INIZIO REAZIONE DI ISPESSIMENTO, etc. in figura 2. Una volta che è avvenuto il contatto cellule di Langherans/linfociti T parte l’autoaggressione nei confronti della pelle. La biomeccanica dell’aggressione osso-tendine è analoga a quella derma-epidermide. Ritornando agli anticorpi monoclonali, per quanto riguarda la loro sintesi si veda, il mio  articolo la difficile impresa di battere il cancro. Effetti collaterali di questi farmaci biologici sono la  maggiore tendenza a sviluppare infezioni da parte del paziente. Bisogna che la cura venga seguita in centri specializzati . Rammento che oltre al methotrexate ed ai farmaci biologici indicati sopra esistono per l’artrite psoriasica anche altri due farmaci: la ciclosporina l’acitretina. Vedere formule in figura 3. La spondilite anhilosante (dal greco “spondylos”= vertebra, ma si dice anche in italiano “spondilo” per “vertebra”, ed “ankylos” = curvo), tipica dei maschi tra 20 e 40 anni, è da considerare una variante dell’artrite reumatoide ed  è caratterizzata da infiltrazioni nelle cartilagini delle articolazioni di macrofagi e di altri componenti del sistema immunitario che provocano infiammazioni e successivamente (se non si interviene) cicatrizzazioni ed irrigidimenti, pervenendo infine a dei “ponti ossei” nelle zone cervicale, dorsale, lombo-sacrale della colonna vertebrale. Nell’ultima fase i pazienti risultano flessi in avanti a causa  del blocco (anchilosi) della colonna vertebrale )ed hanno difficoltà a sollevare la testa verso l’alto. Vedere in figura 3 ANCHILOSI DI VERTEBRE LOMBARI. Farmaci più efficaci oggi sono quelli cosiddetti biologici, cioè gli anticorpi monoclonali anti-TNF  = anti-tumor ecrosis factor, vedere sotto artrite psoriasica), come Etanercept, Infliximab. Le  spondiliti in generale sono infiammazioni delle vertebre provocate o da agenti infettivi dopo fratture o malattie (tubercolosi, sifilide) ovvero sono manifestazioni di artrite reumatoide. La risonanza magnetica permette la visualizzazione molto precoce di una spondilite (a differenza della radiografia, che difficilmente svela laspondiloartrite assiale).
Un’artrite curabile bene con il cortisone (malgrado gli effetti collaterali di quest’ultimo) è la polimialgia reumatica che se non curata può portare alla cecità. Si manifesta dopo i 50-60 anni con impaccio nei movimenti, con dolori muscolari alle spalle ed alle anche, e talvolta con infiammazione dei vasi arteriosi cranici (arterite temporale o di Horton). n’artrite derivante da un’infezione seguita da un’alterata  risposta immunologica (ma il germe è difficile da trovare, quindi la situazione è diversa da quella dell’artrite settica) è l’artrite reattiva, che è sieronegativa per il fattore reumatoide). Spesso è secondaria ad un’infezione genitale o gastrointestinale. L’affezione alle articolazioni (ginocchia, piedi, vertebre lombari, etc.) compare dopo settimane. Si cura con antibiotici, antinfiammatori, immunosoppressori. Dopo la cura quasi sempre si riesce a riprendere la vita normale. Un’artrite particolare è quella infettiva: un germe penetra nell’articolazione per via sanguigna, certe volte dopo che il paziente si è ferito, od anche a causa di terapie, come le infiltrazioni. Una volta accertata l’origine, la cura non può essere che con l’uso di un antibiotico. na forma di artrite irei quasi benigna è la periartrite scapolo omerale. (L’omero è l’osso lungo che va dalla spalla al braccio, la scapola è l’osso piatto triangolare che si appoggia posteriormente alla cassa toracica.  (NOTA 10)  Nella cavità della scapola è inserita la testa sferica dell’omero). È spesso un’infiammazione dei tendini (che sono i cordoni di tessuto connettivo fibroso dei muscoli, molto resistenti, inestensibili), ad esempio di quelli del bicipite (vedereinserzione del bicipite ed una delle 3 immagini di tendini inPERIARTRITE ALLA SPALLA, etc. in figura 3); oppure l’infiammazione è delle borse sierose (vedere l’immagine borsa in PERIARTRTRITE, etc. della figura 3), che permettono, essendo piene di liquido, agli elementi articolari di scivolare gli uni sugli altri. L’affezione si risolve quasi sempre nell’arco di un anno, un anno e mezzo, effettuando però delle terapie che vanno da quella fisica, agli ultrasuoni, alla ionoforesi ed al laser. Particolarmente efficace in molti casi è quest’ultimo, assolutamente indoloro, limitato ad una decina di sedute (laser al neodimio, Hilterapia®). I tendini lesi possono essere anche quelli della cuffia dei rotatori (vedere qui accanto).

ed in questo caso la colpa è dello sperone osseo dell’acromion. Quest’ultimo disturbo si presenta il più delle volte nelle donne di età maggiore di 40 anni che esercitano attività intensa od aventi già l’artrosi cervicale o che sono esposte al freddo. L’intervento specialistico si chiama acromionplastica (rimodellamento dello sperone osseo dell’acromion). Vedere ancora cuffia dei rotatori in PERIARTRITE ALLA SPALLA, etc. di figura 3.

Appartiene al gruppo delle periartriti anche la capsulite o spalla congelata (infiammazione della capsula articolare, un manicotto di tessuto connettivo che circonda l’articolazione). Vedere per la sua posizione nella prima delle due illustrazioni dell’immagine ARTRITE REUMATOIDE AVANZAMENTO DELLA MALATTIA in figura 3), che è molto seria, perché di solito il paziente non riesce a sollevare il braccio oltre la testa e che può richiedere anche un intervento chirurgico seguito da terapia fisica. Un’infiammazione dei tendini che vanno dall’epicondilo (una protuberanza ossea dell’omero: vedere in figura 2 L’OMERO) al polso ed alle dita è l’epicondilite omerale (gomito del tennista) che non colpisce solo i giocatori di tennis, ma anche altri lavoratori, come quelli che usano il martello pneumatico. Se il disturbo capita improvvisamente, per lenire il dolore si usa il ghiaccio. Per la cura si usano pomate antinfiammatorie, eventualmente si praticano anche infiltrazioni di cortisonici ed , ovviamente, si tiene il braccio in riposo per alcune settimane. Esistono anche alcuni esercizi da praticare dopo la fase acuta che dovrebbero evitare il ripetersi dell’affezione. 
La spalla può essere anche lussata (per fuoruscita dell’omero dalla sua sede normale) e ciò si può verificare non solo per traumi o microtraumi, ma anche per lassità congenita dei legamenti (rilassamento legamentoso congenito), condizione che si verifica di solito in individui giovani dalla pelle e dai capelli chiari.
 Aggiungiamo ancora qualcosa sulle patologie della mano, in primo luogo sulla malattia di Dupuytren provocata da una retrazione dell’aponeurosi palmare. Per aponeurosi si intende una membrana situata sotto la pelle del palmo della mano che ha funzioni protettive. Oltre al dolore, si osservano inizialmente dei noduli e, poi, in generale, anche una diminuzione della funzionalità della mano.  La malattia viene curata oggi con iniezioni di un enzima, la  collagenasi, la cui struttura molecolare è illustrata nella figura accanto.
SEGNALA UN ERRORE OD UN’INESATTEZZA

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NOTA 1 – marzo 2016 – L’esercizio fisico ininterrotto sembra essere l’arma più efficace contro il rischio di ricadute del mal di schiena acuto. Secondo uno studio effettuato su oltre trentamila persone pubblicato un pò di tempo fa su JAMA Internal Medicine il rischio di ricadute per chi fa esercizio fisico si dimezza. Utile anche una costante attività fisica per evitare che compaia per la prima volta il mal di schiena acuto.

NOTA 2 – All’American Chemical Society (ACS) meeting dell’agosto 2016 è stata presentata una nuova molecola che potrebbe divenire un efficace  medicinale contro la psoriasi, un RNA sferico antisenso (SNA). Per gli RNA antisenso vedere  il mio articolo il DNA del 2011  ,  ed in particolare, la figura 4 di detto articolo.


NOTA 3  
– L
a cartilagine è un tessuto connettivo di sostegno fatto di fibre di collagene e di una matrice amorfa gelatinosa . Sebbene si tratti solo di studi, alcuni scienziati sono riusciti a sintetizzare un collagene sintetico che in avvenire potrebbe servire per la medicina ricostruttiva. La sintesi si realizza con tre peptidi spiraliformi (immagine LE TRE PROTEINE qui accanto) che possono ttorcigliarsi in tre eliche dando le fibre. Sia le fibre che il gel sono favorevolmente assemblate se le estremità sono attaccaticce (sticky). Sticky’ ends start synthetic collagen growth 14.11.2014.htm  

NOTA 4 – Nell’artrite reumatoide è frequente la presenza di anticorpi anti-citrullina (detti anche anicorpi anti-CCP,  anti peptide ciclico citrullinato  o  ACPA, il cui peptide cioè è basato sulla CITRULLINA, un amminoacido la cui struttura è qui indicata). Un’analisi del sangue può pertanto servire a focalizzare la diagnosi.  Anticorpi anticitrullina alti e bassi – Scopri i  valori normali!.pdf.                                                                       

 

NOTA 5 –  Osservare questa immagine (TUNNEL CARPALE) >>>>>>> sotto  a sinistra:

 NOTA 6 – Per mettere in evidenza UN  SINTOMO IMPORTANTE dell’artrite  reumatoide,  osserviamo la   immagine qui sotto>>>>

 NOTA 7 –  A  proposito di osteoporosi, come la si può contrastare? Secondo alcuni ricercatori messicani, delle sostanze contenute nella varietà blu dell’Agave tequilana (immagine sotto), oltre ad essere il materiale di partenza  di un famoso liquore, sono indicate per contrastare l’osteoporosi perché facilitano l’assorbimento di calcio e magnesio, elementi essenziali per la salute delle ossa.  In search of a treatment for osteoporosis from the tequila agave — ScienceDaily.htm. Vedere umma gine di AGAVE-TEQUILAMNA:

 

 

 – NOTA 8 – Secondo un articolo del PNAS a nome di  Ian J. Wallacea e collaboratori, dell’agosto 2017, l’artrite al ginocchio in USA è raddoppiata dal 1940 ad oggi. Le cause non sono  accertate, ma dovrebbe aver favorito questo tasso l’allungamento della  vita e l’obesità.

–  NOTA 9 – marzo 2018 – La diagnosi e le cure per possibili dolori alla oarte anteriore del ginocchio, tra cui  il cosiddetto “segno del cinema”( un aumento del dolore anteriore dopo aver mantenuto la posizione seduta per lungo tempo) vengono ampiamente trattati in Quando il ginocchio fa male «davanti», corriere della sera (salute) del 25.02.2018 , anche con la consulenza di Roberto D’anchise, responsabile dell’unità Operativa di Chirurgia del Ginocchio, Istituto Ortopedico Galeazzi di Milano .

NOTA 10 –  aprile 2018 – Il dolore alla scapola è per lo più provocato da contratture di fasci muscolari,  soprattutto dei muscoli elevatori. Un quadro completo comprendente varie altre cause è visibile nell’articolo  A cosa è dovuto il dolore alla scapola – Corriere della sera (salute) del 22 aprile 2018. 

NOTA 11 – Dolori al collo di lunga durata(mesi), provocati da spondiliti, sono piuttosto rari e richiedono visite specialistiche. Altrimenti , nei casi più comuni, è sufficiente praticare massaggi, fare docce tiepide, applicare dei nastri terapeutici detti Kinesio tape,  fare streching.   

 

Zvetana Sotirova
14 Febbraio 2013 a 16:20 |

Buongiorno dottore,sono una donna di 52 anni,e soffro di tendinite calcifica alle spalle.Dolori di giorno continui da 2-3 mesi e sopratutto di notte.L’ortopedico mi ha prescritto onde d’urto 3 serie in 3 settimane.Ne ho fatto gia due ,ma mi sembra di non sentire miglioramenti.Non riesco ad alzare le bracia sopra la testa,dificolta anche di spogliarmi e quant’altro.Se non migliorano le mie spalle dopo le onde d’urto,cosa altro posso fare,anche per la borsite che e comparsa contemporaneamente.
Grazie
Cordiali saluti

gioa.boffa
14 Febbraio 2013 a 17:33
Rispondo a @Zvetana Sotirova 

cara signora, non sono né medico né specialista del ramo, ma solo un chimico, come può vedere in Archivi del presente blog negli articoli intitolati “storia di un chimico, etc”. Tuttavia ho conosciuto una persona che non aveva avuto successo con le radiazioni e che é tornata dopo un anno in perfetta forma dopo aver preso, sistematicamente, una compressa al giorno per tutto l’anno (ed anche dopo) di FISH FACTOR (basta richiederlo in una farmacia od in una parafarmacia senza ricetta medica). E’ basato su alcune sostanze che ricostituiscono le cartilagini. Non è detto che funzioni sempre, dato che il successo dipende molto dallo stato delle articolazioni, ma, tra l’altro, non fa nessun male dato che i costituenti sono già nel nostro organismo, e ne vale la pena provare. Le auguro una guarigione definitiva, cordiali saluti
gioa

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mercoledì 7 novembre 2012

il grafene ed il mondo in 2D


molecole, che passione! il grafene ed il mondo in 2D

29 Mar

Archivi | marzo 2018

quando io andavo all’Università, si insegnava che il carbonio elementare esisteva in solo tre forme allotropiche: il carbone amorfo, la grafite ed il diamante. Ma quanta strada è stata fatta poi! Prima è venuto fuori il carbonio in fibre (da un polimero precursore, raion o poliacrilonitrile, che viene pirolizzato sotto stiro e poi grafitizzato in forma fibrosa). Oggi è di così largo impiego nella nautica, nell’aeronautica, nella missilistica. Poi sono comparsi i nanotubi di carbonio che stanno rivoluzionando la tecnologia.
Ad essi ho già accennato in un precedente articolo avente proprio quel titolo.





La scoperta di questa supersottile variante della grafite (avvenuta nel 2004) ha valso il premio Nobel 2010 per la fisica ai due professori Andre Geim e Konstantin Novoselov dell’Università di Manchester. Il grafene ha proprietà straordinarie: è completamente trasparente, è il migliore conduttore del calore tra i materiali conosciuti, ha una conduttività elettrica uguale a quella del rame, non è permeabile neppure ad un gas con molecola piccolissima come l’elio. Un metro quadrato di questo materiale teso su due lati sopporta un peso di 4 kg, pur pesando meno di un mg. Lo strato ha lo spessore di un atomo. È un parente prossimo dei nanotubi di carbonio, che si possono considerare costituiti da grafene arrotolato, e del buckminsterfullerene, detto anche buckyball (sfera poliedrica a 60 atomi di carbonio). La sua struttura a nido d’ape è fatta di tanti esagoni contigui (vedere nella figura allegata). Occorrono 7 milioni di strati per fare lo spessore di 1 mm. La grafite è in realtà costituita da tantissimi strati di grafene sovrapposti (vedere immagine nella  figura). Quando si scrive con una matita gli strati che si trovano sulla punta si sfaldano e sulla carta si trovano anche strati di grafene. In altre parole scrivendo con una matita produciamo anche grafene. Usando un mezzo di imaging sofisticato (qual’è il  microscopio a femtosecondi o microscopio 4D, detto così perché permette di vedere sia nello spazio che nel tempo, usato anche per altri scopi  come descritto in Speciale microscopio 4D coglie il movimento delle strutture del DNA, con possibili applicazioni per Alzheimer) si è potuto osservare che i legami della grafite, sottoposti all’impatto di impulsi laser, sono elastici nella direzione perpendicolare ai piani degli atomi e che tendono a rassomigliare durante la compressione a quelli del grafene. Lo spessore del grafene è quello dell’atomo di carbonio più la nuvola elettronica delocalizzata tipica dei composti aromatici, cioè circa un quindicesimo di nanometro. Per avere informazioni sul microscopio 4D di cui è stato artefice, assieme ai suoi collaboratori, il premio Nobel Ahmed H. Zewail del California Institute of Technology, si veda sul Web l’articolo Microscopia in 4D per le scale atomiche – Le Scienze.htm. Un metodo pratico per produrre (in quantitativi di grammi) il grafene è la pirolisi a 1100 gradi centigradi dell’etossido di sodio seguita da un lavaggio con acqua. Qualcuno ha detto che è possibile preparare il grafene dalla grafite con la semplicissima tecnica dello scotch tape (nastro adesivo). Altri parlano della trasformazione della grafite in ossido e successiva riduzione con una sostanza aromatica solforata, il TTF,. Questo metodo è dell’Institute of Physical Chemistry of the Polish Academy of Sciences [Graphene  From any lab!.htm (giugno 2012)]. Altri fanno passare a bassa pressione e ad alta temperatura il gas metano su di un substrato di rame opportunamente pretrattato [pubblicazione del 17.10.2011 da parte dell’Università di California – Santa Barbara]. Ma altri sostengono che in linea generale la produzione del grafene attualmente non è né facile né affidabile e che non si conosce un metodo sicuro e su vasta scala per farlo nascere e crescere in forme idonee per i dispositivi che si vogliono creare. Vedere a questo proposito Graphene Repairs Holes By Knitting Itself Back Together, Say Physicists – Technology Review.htm [THE PHYSICS ARXIV BLOG del 10.07.2012, edito da MIT].

Una delle applicazioni del grafene è una nuova tecnica per il sequenziamento elettronico del DNA basata sulla proprietà che ha questo materiale di assorbirne – sotto l’azione di un campo elettrico – i filamenti nei suoi nanopori, e sulla risposta elettrica diversa delle 4 basi che compongono i filamenti. Ognuna delle basi ha infatti una specifica impronta digitale elettronica. Lo strato grafenico, ricoperto da un altro strato di biossido di titanio (per migliorarne le proprietà elettriche e meccaniche), viene interposto tra due camere contenenti una soluzione elettrolitica. Le molecole di DNA, aggiunte ad una delle due soluzioni, vengono sottoposte ad un campo elettrico passando attraverso un nanoporo allo stesso modo di un filo che passa attraverso la cruna di un ago e trovando una resistenza dovuta agli ioni che entrano contemporaneamente nei pori, e questa resistenza varia a seconda delle basi che lo compongono. Applicando una differenza di potenziale (dell’ordine dei 200 mV) attraverso la membrana di grafene, si osserva una serie di  picchi corrispondenti a cadute di conduttanza, ognuna delle quali determinata da una delle 4 basi (A, C, G e T) presenti nel DNA quando esso passa attraverso lo squarcio.In altre parole, dalla perdita di corrente che attraversa i pori si risale alle basi presenti nella catena di DNA. I pori vengono praticati sullo strato di grafene da un apposito fascio di elettroni [Graphene could revolutionize DNA sequencing – physicsworld_com.htm]. Pori di diametro al di sotto del nanometro molto adatti per il sequenziamento sono stati realizzati all’Università del Texas a Dallas. [Sub-nanometer graphene nanopores for low-cost DNA sequencing  KurzweilAI.htm]. Vedere anche N. Lu, et al., In-situ studies on the shrinkage and expansion of graphene nanopores under electron beam irradiation at temperatures in the range of 400-1200°C, Carbon, 2012 riportato come riferimento nel precedente articolo. Ho posto l’immagine di un nanoporo visto al microscopio TEM tratta da Sub-nanometer graphene nanopores for low-cost DNA sequencing  KurzweilAI.htm. Circa il funzionamento del TEM (microscopio elettronico a trasmissione), il più comune dei microscopi elettronici, per una sua generica conoscenza si rimanda a How electron microscopes work A simple introduction.htm.
– Ci chiediamo a questo punto perché il grafene nanoporoso è il materiale ideale per la determinazione delle sequenze. Ciò è dovuto alla sua estrema sottigliezza. L’azoturo di silicio (che viene anche impiegato per supportare il grafene) può avere pori di uno spessore minimo  da 10 a 100 volte quello della distanza tra due nucleotidi della catena del DNA (pertanto troppo larghi), cosa che, nel caso lo si usasse da solo per lo scopo, renderebbe praticamente impossibile determinare la sequenza del DNA in base alle variazioni registrate nella corrente elettrica.
Uno degli ultimi studi sul sequenziamento del DNA tramite grafene è stato pubblicato nel 2012 su Nature da ricercatori della Harvard University e del MIT [Graphene may help speed up DNA sequencing  Harvard Gazette.htm].
– Molti scienziati sostengono che il grafene ha proprietà elettroniche così straordinarie che un giorno potrebbe competere con il silicio nell’elettronica (Valeria Nicolosi, dell’Università di Oxford e Jonathan Coleman dell’Ireland’s Trinity College di Dublino).
– Un’applicazione del grafene sembra sia l’impiego associato a ioni di manganese (questi ioni sono intrappolati tra due strati) come mezzo di contrasto nella risonanza magnetica a scopo diagnostico (MRI) in luogo del gadolinio trivalente Gd+++ che può presentareproblemi in certi pazienti (inducendo un certo tipo di sclerosi) per cui la FDA americana ne ha limitato l’uso. Anche il costo risultante da questa nuova metodologia sarebbe inferiore a quello che impiega il gadolinio. Si tratta di studi condotti al dipartimento di Ingegneria Biomedica della Stony Brook University da un team di ricercatori facenti capo all’indiano Balaji Sitharaman. La sua pubblicazione fatta su PLoS ONE in data 07.06.2012 aveva il seguente titolo: Physicochemical characterization, and relaxometry studies of micro-graphite oxide, graphene nanoplatelets, and nanoribbons.
– Secondo alcuni ricercatori della Rice University [Anomalous high capacitance in a coaxial single nanowire capacitor   Nature Communications   Nature Publishing Group.htm] un’importante realizzazione per l’immagazzinamento dell’energia è quella dei microcondensatori  (microcapacitors) a grafene che possono essere realizzati mediante un nanocavo coassiale (coaxial nanocable) costituto da un nanocavo di rame rivestito da uno strato di ossido di rame isolante e da un altro strato esterno di pochi atomi di spessore di carbonio grafenico. Vedere in figura COSTRUZIONE DI UN NANOCAVO COASSIALE. Questo microcondensatore ha migliore capacità di accumulo di elettricità rispetto ad altri riportati in precedenza (si tratterebbe di 10 volte maggiore) pur avendo lo spessore di soli 100 nanometri. Ha potenziali applicazioni nello sviluppo di sistemi avanzati per l’accumulo dell’energia e per i componenti di cablaggio dei processori lab-on-a-chip. Dei risultati di questa ricerca Zheng Liu et al. hanno fatto una pubblicazione su Nature Communications lo 06.06.2012 dal titolo Anomalous high capacitance in a coaxial single nanowire capacitor.
– Un’altra applicazione resa possibile dal grafene  è quella dell’anodo delle batterie al litio. Sono stati sperimentati degli anodi fatti di carta ricoperta con strati di grafene volutamente difettati (azione di raggi laser o fotoflash) ed intercalati con materiali che permettono un buon contatto con Li+, usandoli al posto degli anodi di grafite. Il fatto sorprendente è che la batteria risultante ha un tempo di carica molto inferiore a quella tradizionale al litio ed anche una maggiore potenza (gruppo diricerca delRensselaer Polytechnic Institute, la più vecchia Università americana di ricerca tecnologica, condotto dall’esperto di nanomateriali Nikhil Koratka). Lo schema di funzionamentodi una batteria a ioni litio è il seguente. La corrente si forma partendo dal carbonio dell’anodo (elettrodo negativo, quello che cede gli elettroni), ed arrivando al litio cobalto ossido LiCoO2 del catodo (elettrodo positivo, quello che attira gli elettroni). I due elettrodi sono immersi in un solvente organico, ad es. un etere contenente un elettrolita, ad es. LiPF6, LiBF4, oppure LiClO4.  Le due semicelle sono separate da un separatore di plastica microperforato che permette agli ioni di passare. Quando la batteria si carica gli ioni Li+ passano dal catodo all’anodo attraverso la soluzione elettrolitica e vanno a depositarsi nella struttura carboniosa; durante la scarica passano dal carbonio dell’anodo all’ossido di litio cobalto del catodo. Vedere in figura SCARICA NELLA BATTERIA A IONI Li.
C’è da ricordare a questo punto, trovandoci nel campo dello  “infinitamente sottile”, che, oltre al grafene sono stati ottenuti con tecniche semplici nanostrati a spessore monoatomico di altri materiali come l’Azoturo di boro (Boron Nitride), il Disolfuro di molibdeno (Molybdenum disulfide) ed il Tellururo di bismuto (Bismuth telluride). Con essi, a causa delle loro particolari proprietà termoelettriche, si ritiene possibile il recupero sotto forma di energia elettrica di parte del calore perduto nelle centrali termiche. Sarebbe anche possibile la produzione di più potenti batterie (supercapacitors) per le auto elettriche.
Un altro materiale promettente per la costruzione di nanofili (in inglese nanowires), strutture quasi unidimensionali aventi sezione di pochi nanometri e lunghezza variabile da centinaia di nanometri fino a centinaia di micrometri, con particolari proprietà elettriche) è quello costituto da molibdeno, zolfo e iodio, indicato con la formula generica Mo6S9-xIx. Vedere l’articolo Oxford Materials – Personal Homepages.htm contenente  una comunicazione di Valeria Nicolosi,con la sua foto riportata anche nella figura allegata. Ho posto pure un’immagine di nanofili visti al microscopio SEM. Per avere un’idea del funzionamento del microscopio SEM si veda l’immagine riportata nella figura allegata la cui didascalia è nell’articolo How electron microscopes work A simple introduction.htm da cui l’immagine deriva.
– Rimanendo sempre nel campo delle sostanze a struttura bidimensionale, ricordo infine la recente sicura scoperta di un parente prossimo del grafene, il silicene (dico sicura perché prima d’ora si erano avute notizie della sua scoperta, ma non c’erano conferme sicure). Il nuovo materiale (su cui si appuntano molte speranze per l’elettronica) è stato ottenuto vaporizzando atomi di silicio su di una superficie di cristalli di argento. La sua struttura è a nido d’ape, come quella del grafene. [B Lalmi et al, App. Phys. Lett, 97, 223109 (2010)]. Il vantaggio del silicene sul grafene risiederebbe nel fatto che esso è più facilmente integrabile con il silicio dell’attuale industria elettronica.
– Ritornando al grafene, esistono molte possibilità di  impiego in svariati campi, perfino nella catalisi. Vedere l’articolo online Carbon Wiley-VCH VHot Topics.htm.
-Uno dei campi che desta maggior attenzione è costituito dai transistor (gli elementi semiconduttori attivi nei circuiti elettronici); anzi, secondo alcuni, il grafene è destinato a diventare il materiale per eccellenza per l’era postsilicio (di cui sono note le limitazioni al di sotto dei 10 nanometri), per le sue proprietà di mobilità elettronica e per il suo spessore a livello di atomo [T. O. Wehling et al, Molecular Doping of Graphene.pdf].
Tutte da studiare sono le proprietà del grafene idrogenato nel campo dei seiconduttori. Per esso si veda  Adding Hydrogen to Graphene.htm.
Zhao et al. segnalano l’azoto come dopante del grafene cresciuto su rame. Con il microscopio a scansione STM si è osservato che atomi di azoto vanno a sostituire quelli di carbonio. Forti modifiche dell’attività elettronica sono stati osservate negli spazi attorno all’atomo dopante. [Liuyan Zhao et al., Visualizing Individual Nitrogen Dopants in Monolayer Graphene, Science, 19.08.2011, Vol. 333, no. 6045, pp. 999-1003].
Il grafene non è paramagnetico (cioè non si magnetizza in presenza di un campo magnetico esterno) ma può essere reso paramagnetico mediante trattamento con fluoro che sostituisce atomi di carbonio, ed un’irradiazione con fasci di ioni che creano lacune, sostituendosi queste ultime ad altri atomi di carbonio. Tuttavia il fenomeno è molto critico, perché se si esagera con il drogaggio la magnetizzazione si distrugge, non dovendosi superare un difetto ogni mille atomi di grafene (difetti troppo vicini annullano il fenomeno) [pubblicazione su Nature Physics  di un gruppo di ricercatori dell’Università di Manchester guidato da Irina Grigorieva in collaborazione con il Nobel Andre Geim. [Graphene Reveals Its Magnetic Personality – ScienceNewsline.htm del gennaio 2012].                           (NOTA 2)   
Altra straordinaria proprietà: se si stira il grafene cambiano le sue proprietà elettroniche ed il materiale si comporta come se fosse in un campo magnetico pur non essendovi nelle vicinanze alcun magnete. In questo caso i ricercatori sono stati abili nell’’usare il microscopio tunnelling a scansione (SMT) per il controllo della forma della membrana di grafene e per la determinazione delle conseguenti proprietà elettroniche. [New Method Offers Control of Strain on Graphene Membranes   Arkansas Newswire   University of Arkansas.htm].
ll fenomeno è stato osservato anche con il microscopio a forza atomica AFM. Per il funzionamento dell’STM, come pure per quello dell’ AFM vedere 7_6 Scanning Probe Microscopy (STM – AFM).htm e How electron microscopes work A simple introduction. Vedere anche le due immagini della figura allegata. 
Considerando il suo presumibile basso costo (inferiore a quello del silicio, se si realizza un metodo pratico di produzione del grafene), moduli fotovoltaici pieghevoli ed avvolgibili da poter distendere al sole per la ricarica dei telefonini potrebbero essere confezionati dal grafene (studi dell’ISOF (Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività del CNR). 
Presso l’Istituto nanoscienze dello stesso Cnr è stata realizzata una ragnatela di grafene in grado di rilevare, catturandola, una singola molecola magnetica (lavoro pubblicato sulla rivista Nano Letter [CNR NANO – Istituto Nanoscienze Consiglio Nazionale delle Ricerche.htm].
Altre applicazioni possibili: sensori di gas, schermi LCD (liquid crystal displays, cistalli liquidi). 
Un’ultima recentissima notizia sul grafene: può essere usato nelle celle a combustibile se associato a nanoparticelle di cobalto quale elettrodo al posto del platino, presentando vantaggi su di esso oltre che per il costo anche per la maggiore  facilità di riduzione dll’ossigeno al catodo. La ricerca è del Sun Lab alla Brown University, PROVIDENCE, Rhode Island, pubblicazione su Angewandte Chemie International Edition [da Can cobalt nanoparticles replace platinum  Brown University News and Events.htm].
Per quanto riguarda il funzionamento di una cella a combustibile si può anche consultare il mio articolo le celle a combustibile.
Tenuto conto che il grafene è trasparente alla luce, che è un ottimo conduttore e che è dotato di ottima stabilità chimica, secondo gli esperti i suoi primi impieghi saranno nel campo dei touch screen e delle celle fotovoltaiche.
Potrebbe avere interesse pratico non solo il grafene, ma anche l’ossido di grafene. I foglietti di questo materiale hanno infatti la singolare proprietà di trattenere i gas disciolti nell’acqua e di lasciar passare l’acqua stessa allo stato di vapore, ma non i gas. Il fenomeno, del tutto imprevisto, è stato messo in evidenza da ricercatori dell’Università di Manchester (Rahul Nahir et al., rivista Science, anno 2011). Sarebbe la particolare affinità dell’acqua per l’ossido di grafene (che contiene anche gruppi OH) a dar luogo a strati di acqua intrappolati in strati di ossido ed impedire il passaggio dei gas. Anche l’alcool etilico non passa, perché evidentemente (ma stranamente) non entra negli strati di acqua interposti (altrimenti evaporerebbe assieme all’acqua). Quindi sarebbe possibile (ma non so quanto sia conveniente) concentrare in questo modo i liquidi alcoolici, invece di distillarli. Graphene Can Increase Alcohol Potency  TPM Idea Lab.htm. (NOTA 1)                .
Simile al grafene è il grafino (graphine) che è pur esso bidimensionale, ricco di doppi e tripli legami, ma non sempre è a struttura esagonale. I fisici pensano che possa avere interessanti proprietà elettroniche.Ho posto in figura uno dei possibili grafini: gli isomeri sono infatti tanti, con differenti posizioni dei legami insaturi. Uno solo sembra sia stato sintetizzato, ma altri potrebbero venir fuori dalla ricerca. Secondo il chimico teorico Andreas Görling dell’Università di Erlangen-Nuremberg [Graphyne Could Be Better Than Graphene – ScienceNOW.htm  – D. Malko et al., Phys. Rev. Lett. 24.02.2012] alcune strutture del grafino permetterebbero nel movimento degli elettroni un’alta velocità ed una direzionalità specifica, cose che non si riscontrano nel grafene. E ciò potrebbe costituire un vantaggio per certe applicazioni.- 
Abbiamo parlato di grafite, grafene e grafino. Non mancherò di aggiungere che c’è ancora un’altra forma di carbonio, il carbonio M, duro quasi come il diamante anche se meno simmetrico, che è stata ottenuta all’Università di Yale dalla grafite a 200.000 atmosfere ed a temperatura ambiente. Per le sue caratteristiche di durezza e per la maggiore facilità di sintesi si ritiene che troverà impiego in luogo del diamante sintetico (che si usa soprattutto per la lavorazione e la rifinitura dei dischi diamantati, ma che richiede per la sintesi 1500 gradi centigradi e si può ottenere economicamente solo in dimensioni piccolissime) [Cold comfort  Graphite under pressure – Ezine – spectroscopyNOW.com.htm].   SEGNALA UN ERRORE OD  UN’INESATTEZZA.                                                                                         

(vedere anche i miei  successivi articoli i materiali del futuro e  le batterie) 

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NOTA  1– Marzo 2018 – 
Recenti ricerche hanno dimostrato che l’ossido di grafene applicato sui capelli ingrigiti, dopo una decina di minuti all’aria, li trasforma in una chioma di color nero. Si presume che in un giorno non lontano il prodotto possa sostituire le molecole ora in uso che presentano spesso problemi per la salute. Enough with the toxic hair dyes. We could use graphene instead _ Science.

NOTA 2 – novembre 2019 – Non sembra dovuto ad impurezze il ferromagnetismo del grafene (provvisoriamente denominato U-carbon) a temperature maggiori di 125 gradi centigradi. (Il ferromagnetsmo è l’allineamento ordinato dei dipoli magnetici che resta per lungo tempo anche dopo allontanamento del campo magnetico esterno, a differenza del paramagnetismo).  The next graphene_ Shiny and magnetic, a new form of pure carbon dazzles with potential _ Science _ AAAS.htm   

gioa.boffa
25 Novembre 2012 a 18:12 |
RIPORTO:
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