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Neuroplasticita e motor learning: nuove strategie nella riabilitazione dell'arto superiore nel paziente con ictus cerebrale/Neuroplasticity and motor learning: novel approaches to upper extremity stroke rehabilitation.

INTRODUZIONE

L'ictus cerebrale e una delle cause principali di disabilita in Italia e nel mondo. In particolare, un limitato recupero della funzionalita dell'arto superiore rappresenta una causa frequente di disabilita e di ridotta qualita di vita. Ogni anno circa 200.000 italiani sono colpiti da ictus cerebrale, nella fase acuta circa l'85% dei sopravvissuti ha un'emiparesi con un deficit all'arto superiore e tra il 55% e il 75% continua ad avere a distanza di anni un grado variabile di menomazione senza recuperare un utilizzo soddisfacente dell'arto superiore nelle attivita di vita quotidiana (1-4). In passato, il trattamento riabilitativo si basava unicamente sull'osservazione del paziente, senza una conoscenza dei processi neurali correlati al recupero motorio (5). Studi recenti nell'area delle neuroscienze hanno evi denziato come in seguito a una lesione della corteccia motoria siano reclutate aree cerebrali intatte e si manifestino modificazioni anatomiche quali lo sprouting assonale e la sinaptogenesi non solo nelle zone peri-lesionali, ma anche in aree motorie contro laterali. I due emisferi cerebrali sono funzionalmente collegati e in equilibrio mediante una mutua inibizione interemisferica che e alterata in seguito ad una lesione emisferica (6,7). Per ottenere questa riorganizzazione funzionale della corteccia motoria si e visto come l'esercizio terapeutico sia uno dei fattori piii rilevanti in grado di indurre l'acquisizione di nuovi compiti motori. Il fenomeno dell'apprendimento motorio (motor learning) e un processo associato alla pratica o all'esperienza che porta a modificazioni permanenti nelle abilita di produrre movimenti finalizzati. Le variabili che incidono in maniera rilevante sulla capacita di apprendimento sono l'intensa ripetitivita, la rilevanza funzionale del gesto e l'utilizzo di feedback durante l'esercizio (8,9). Durante l'esecuzione di un compito motorio infatti, i processi di apprendimento vengono consolidati utilizzando diverse tipologie di feedback (visivo, uditivo, tattile).

In conformita a queste recenti acquisizioni, nuove tecniche riabilitative sono state proposte per cercare di ottimizzare le potenzialita del recupero motorio. Lo scopo di questa recensione e di fornire al riabilitatore le conoscenze riguardanti le applicazioni cliniche dei principi del motor learninge della neurostimolazione alla riabilitazione dell'arto superiore nel paziente colpito da ictus cerebrale.

La constraint-induced movement therapy

Una tecnica fisioterapica promettente e la constraint-induced movement therapy (CIMT) che agisce restringendo l'utilizzo del lato sano e sottoponendo l'arto superiore paretico a un esercizio intensivo, ripetitivo e orientato al gesto funzionale (10,11). Il razionale su cui si basa la CIMT e di ristabilire l'equilibrio inter-emisferico riducendo gli input somato -- sensoriali provenienti dall'arto superiore sano e aumentando allo stesso tempo gli input all'emisfero lesionato. Nonostante lo studio randomizzato-controllato multicentrico EXCITE, che ha coinvolto 222 pazienti, ne abbia dimostrato il grande valore nel recupero della funzionalita dell'arto superiore (12) e studi con la stimolazione magnetica transcranica abbiano evidenziato modificazioni dell'eccitabilita corticale in seguito a questa tipologia di trattamento (13,14,15), in questo momento pochi centri sono in grado di fornire questa terapia per gli alti costi di gestione. Il protocollo prevede infatti sei ore di trattamento riabilitativo giornaliere per due settimane e una restrizione complessiva dell'arto sano per almeno il 90% della giornata. Un limite di questa terapia e inoltre il fatto che solo una modesta percentuale di emiparetici puo beneficiarne essendo necessaria una motricita attiva residua a livello dell'articolazione del carpo e della mano.

La terapia robotica

In ambito clinico, l'utilizzo di dispositivi ad alta tecnologia per l'arto superiore ha assunto un ruolo importante nella riabilitazione neuromotoria dell'ultimo decennio, proponendosi come valido complemento alla riabilitazione tradizionale. Aumentando gli input somato -- sensoriali all'emisoma paretico attraverso un trattamento basato sulla ripetizione intensiva di gesti motori, la terapia robotica sfrutta un paradigma di apprendimento di tipo esplicito16. Essa si basa, infatti, su istruzioni esplicite che portano il paziente alla presa di coscienza del compito motorio che deve eseguire. Il trattamento prevede diverse modalita di esercizio, inducendo movimenti passivi, attivi o attivi -- as sistiti, da applicare nelle diverse fasi della riabilitazione secondo le abilita motorie del paziente. Durante la sessione riabilitativa, con taluni dispositivi, e inoltre possibile registrare parametri inerenti alla fluidita del movimento (smoothness) che sono utili nella valutazione clinica del soggetto e nel monitoraggio dei miglioramenti ottenuti con la terapia riabilitativa. L'utilizzo di dispositivi robotici si adatta alle nuove direttive che spingono verso un decentramento delle cure riabilitative dal setting ospedaliero verso altre strutture, teoricamente la terapia robotica potrebbe essere condotta anche a domicilio con un controllo remoto del terapista (17-20). Sono commercializzate diverse tipologie di dispositivi: passivi, attivi -- assistiti, resistivi e bimanuali. La maggior parte e rappresentata dai sistemi attivi -- assistiti, dove il paziente e aiutato a compiere movimenti che normalmente non sarebbe in grado di portare a termine. Il primo sistema robotico testato clinicamente su larga scala e stato la MIT-MANUS, un manipolatore con due gradi di liberta commercializzato come InMotion2 (Interactive Motion Technologies, Inc., Boston, MA) (21). Questo dispositivo permette un esercizio intensivo di reaching. Sono stati condotti studi clinici in soggetti con ictus cerebrale in fase acuta (22) e cronica (23) che hanno dimostrato un recupero maggiore a livello della spalla e del gomito nel gruppo trattato con la MIT-MANUS con 4-5 sessioni a settimana di un'ora ciascuna per nove settimane. Il MIME (Mirror Image Movement Enhancer) e un manipolatore con sei gradi di liberta, commercializzato come Puma 560 che applica forze all'arto superiore attraverso un'ortesi di avambraccio permettendo movimenti di reaching. Uno studio clinico ha dimostrato come, comparato a una terapia convenzionale, i soggetti con ictus in fase stabilizzata trattati con questo dispositivo raggiungano risultati piu soddisfacenti in termini di forza muscolare, fluidita del movimento e riduzione della menomazione (24). La Bi-Manu-Track, commercializzata come Reha-Stim (Berlin) e un altro dispositivo per la rieducazione bimanuale dell'arto superiore che focalizza l'esercizio sui movimenti di polso e avambraccio. Anche in questo caso sono stati ottenuti risultati soddisfacenti comparati a un gruppo di soggetti che ha ricevuto la stimolazione elettrica funzionale (27). Un apparecchio che sta avendo una buona diffusione in ambito clinico e il REO-GO, (Motorika), un dispositivo costituito da un braccio telescopico collegato a un monitor portatile con un software che permette un training su tutti i gradi di liberta di movimento all'arto superiore (ad eccezione della mano), proponendo movimenti di reaching in modalita passiva, guidata, libera e contro-resistenza.

L'utilizzo di dispositivi robotici si e rivelato utile non solo a scopo terapeutico, ma anche in ambito di ricerca. Rispetto alle tecniche di riabilitazione convenzionali, dove e difficile quantificare la dose, l'intensita e l'esecuzione dell'esercizio somministrato, la terapia robotica si propone come un valido strumento in grado di studiare i processi del recupero motorio (26,27). Le evidenze suggeriscono che il principio da seguire per ottenere i risultati migliori e impostare un programma riabilitativo che progressivamente aumenti la partecipazione attiva del paziente. Il trattamento deve essere sfidante per le abilita residue del paziente (28).

La realta virtuale come strumento riabilitativo

Nella pianificazione di un programma riabilitativo vanno tenute in considerazione anche strategie alternative di motor learning che si basano sull'apprendimento implicito di un compito, dove il soggetto non ha consapevolezza di cio che sta acquisendo con la pratica. E stato dimostrato come diverse forme di apprendimento implicito portino a un miglioramento della performance motoria in soggetti con lesione cerebrale. Il crescente utilizzo di dispositivi che si avvalgono di scenari di realta virtuale, dove il paziente e incentivato a compiere gesti funzionali e un esempio di applicazione clinica di paradigma implicito di apprendimento motorio. La realta virtuale non e altro che la simulazione multisensoriale e interattiva di scenari che interessano la vita reale con l'ausilio di un computer (Fig. 1). Le situazioni ricreate sono generalmente tridimensionali e riproducono oggetti ed eventi reali. Ad esempio, al paziente e richiesto di riporre una busta in una cassetta della posta "virtuale", oppure prendere un bicchiere. Sullo schermo del computer puo essere visualizzata una traiettoria ottimale che il soggetto e invitato a seguire. Un sistema virtuale totalmente immersivo utilizza grandi schermi, display indossabili oppure ricorre all'utilizzo di sistemi di ricostruzione del movimento dove il soggetto vede se stesso muoversi in uno schermo. In un sistema non immersivo, gli utenti interagiscono con scenari riprodotti sullo schermo di un computer, utilizzando diversi dispositivi (mouse, joystick, sensore di pressione o cyberglove). I vantaggi dell'utilizzo della realta virtuale all'interno del programma riabilitativo e di creare un'esperienza di apprendimento positiva, divertente e che motiva il paziente. Inoltre, l'esercizio puo essere personalizzato secondo le abilita del soggetto, fornendo un feedback che si aggiusti alle competenze motorie e cognitive del soggetto. Gli svantaggi e i dubbi sull'utilizzo della realta virtuale in riabilitazione riguardano la capacita del clinico e del paziente di approcciarsi a questo tipo di tecnologia, la sicurezza dell'equipaggiamento, l'idoneita all'utilizzo e i costi. Al momento ci sono pochi studi che hanno indagato l'efficacia della realta virtuale nella riabilitazione dell'arto superiore, ma gli studi pubblicati forniscono dati incoraggianti, anche se e difficile trarre delle conclusioni ponderate su quale tipo di ambiente virtuale sia piu adatto o su quale sistema di feedback sia piu efficace (29,30,31).

[FIGURE 1 OMITTED]

La riabilitazione funzionale gesto-specifica con un esoscheletro passivo

In alternativa alla tecnologia robotica "classica" focalizzata sull'intensita e sulla ripetitivita del gesto motorio, e disponibile in commercio un esoscheletro passivo che permette movimenti di reaching e prensione della mano in un ambiente di realta virtuale (Fig.2). Il Therapy Wilmington Robotic Exoskeleton (T-WREX), commercializzato come Armeo[R] (Hocoma) mira a una rieducazione funzionale dell'arto superiore abbinata a un supporto gravitazionale modificabile. Il T-WREX e stato disegnato per permettere a soggetti con paresi all'arto superiore di ottenere un esercizio intenso senza l'assistenza costante di un fisioterapista (32). E un dispositivo passivo con cinque gradi di liberta che permette movimenti dell'arto superiore in un ampio volume di lavoro. La struttura e costituita da due segmenti aggiustabili che sostengono il braccio e l'avambraccio, dove sono applicate bande elastiche a resistenza aggiustabile, che ne forniscono il supporto gravitazionale. All'estremita distale e incorporato un sensore di pressione che si attiva con la chiusura della mano e che e utilizzato come evento trigger nell'esecuzione di videogiochi in 3D ispirati ad attivita funzionali di vita quotidiana. Si e visto come il supporto gravitazionale sia indicato nei soggetti con paresi all'arto superiore per ottenere movimenti di reaching a una velocita superiore, con un range di movimento del gomito piu ampio e con una fluidita di movimento maggiore. Il supporto prossimale dell'arto superiore sembra sia in grado inoltre di spezzare l'accoppiamento sinergico abduzione di spalla e flessione di gomito caratteristico del soggetto emiplegico, favorendone l'estensione attiva del gomito (33). Questo dispositivo fornisce una riabilitazione funzionale e task-specifica per l'arto superiore combinando il supporto gravitazionale dell'arto a un ambiente di aumentato feedback per il paziente ottenuto con il software di realta virtuale. I terapisti possono scegliere tra numerosi esercizi funzionali che richiedono movimenti di reaching multi direzionali e di prensione della mano, adattabili per intensita e difficolta alle caratteristiche del soggetto. Il sistema permette inoltre il salvataggio di una serie di parametri utili nella valutazione clinica del soggetto e dei progressi otte nuti (34).

[FIGURE 2 OMITTED]

La stimolazione cerebrale transcranica a corrente continua (tDCS)

In un paziente colpito da ictus cerebrale si verificano comunemente alterazioni dell'eccitabilita corticale. Nello specifico, nella fase stabilizzata della malattia si manifesta una ridotta attivita della corteccia motoria lesionata associata a un'aumentata eccitabilita della corteccia motoria integra che provoca un'eccessiva inibizione interemisferica e un conseguente impoverimento della funzione motoria (35). La stimolazione cerebrale non invasiva, magnetica ripetitiva (rTMS) e con corrente elettrica continua (tDCS), rappresenta una possibilita terapeutica per favorire il recupero motorio dell'arto superiore. Rispetto alla rTMS, la tDCS si sta recentemente affermando poiche tecnica di stimolazione a basso costo, in grado di fornire effetti piu duraturi sulla modulazione dell'eccitabilita corticale, per la semplicita di esecuzione e per l'idoneita alla combinazione con interventi riabilitativi. La stimolazione transcranica a corrente continua (1-2 mA) della corteccia motoria induce modificazioni prolungate dell'eccitabilita neuronale: la stimolazione anodica ne aumenta l'eccitabilita mentre una stimolazione catodica la riduce (36). Il meccanismo che sta alla base di questo comportamento e l'induzione di una depolarizzazione sottosoglia della membrana neuronale nella stimolazione anodica e un'iperpolarizzazione nella stimolazione catodica com'e stato dimostrato direttamente in studi condotti su animali (Fig.3). Gli effetti dalla tDCS sull'eccitabilita neuronale sono limitati alla regione corticale e sono presumibilmente circoscritti alla regione stimolata (37). Gli effetti prolungati della tDCS sull'eccitabilita corticale (after-effects) sono stati rilevati con la stimolazione magnetica transcranica, che e uno strumento valido che ci permette di quantificare la responsivita dei neuroni corticali in modo non invasivo, misurando l'ampiezza dei potenziali evocati motori (PEM). E stato dimostrato come l'effetto della tDCS possa mantenersi fino a novanta minuti dal termine della stimolazione e sia strettamente correlato all'intensita della corrente somministrata e alla durata dello stimolo (36,37). La tDCS e considerata una tecnica promettente di modulazione dell'apprendimento motorio. L'effetto della tDCS anodica sembra facilitare il processo di motor learning in due diversi modi: attraverso un'attivazione diretta della corteccia motoria primaria (M1) o, in alternativa, attraverso la modulazione d'input provenienti da aree cerebrali coinvolte nei processi di apprendimento implicito, quali la corteccia motoria supplementare, prefrontale o parietale. Il primo studio che ha sperimentato l'effetto della tDCS anodica su M1 sul recupero motorio in soggetti con ictus cerebrale risale al 2005. I risultati pubblicati depongono per un miglioramento della funzionalita della mano paretica nella sessione in cui i soggetti erano sottoposti a tDCS rispetto alla sessione nella quale ricevevano la stimolazione fittizia. Il miglioramento si e mantenuto a distanza di circa dieci giorni dall'avvenuta stimolazione e ha interessato tutti i partecipanti allo studio (38). La tDCS e una metodica sicura che e utilizzata in un crescente numero di laboratori in tutto il mondo dal 1984 senza presentare rischi rilevanti per i soggetti (39). I limiti di sicurezza dei parametri di stimolazione e i possibili effetti collaterali sono stati oggetto di studi approfonditi (40,41). Tuttavia, altre ricerche devono essere condotte per trovare il modo di prolungare nell'uomo gli effetti della stimolazione, com'e stato gia possibile su modelli animali (42,43). Se la stimolazione cerebrale non invasiva e combinata all'esercizio terapeutico e in grado di incrementare il recupero motorio in maniera piu efficace rispetto alla semplice stimolazione (7,44). Dati preliminari dimostrano l'idoneita della combinazione della tDCS con la riabilitazione funzionale ripetitiva task-specifica per favorire il recupero motorio dell'arto superiore in soggetti con trauma cranico in fase stabilizzata (45) e con la riabilitazione robotica in pazienti con ictus cerebrale in fase subacuta (46) e cronica (47).

[FIGURE 3 OMITTED]

CONCLUSIONI

Le recenti acquisizioni nel campo delle neuroscienze hanno modificato l'approccio al paziente con lesione cerebrale, includendo nuove prospettive di recupero motorio. Dai primi anni ottanta, studi sperimentali hanno dimostrato come il cervello adulto mantenga la capacita di riorganizzarsi durante l'intero arco della vita. Partendo da quest'assunzione e stato ipotizzato che l'intervento riabilitativo sia fondamentale anche nella fase stabilizzata della lesione, non solo per prevenire complicanze secondarie, ma anche per incoraggiare l'acquisizione di nuovi schemi motori. In conformita a queste nuove conoscenze sul motor learning e sulla stimolazione cerebrale si stanno diffondendo in ambiente riabilitativo nuove tecniche come la CIMT, la robotica, la realta virtuale e la stimolazione cerebrale non invasiva con il medesimo intento di ottenere risultati sul recupero motorio dell'arto superiore nel paziente colpito da ictus cerebrale. Studi futuri sulla neuroplasticita ci permetteranno di definirne con maggior accuratezza i paradigmi, differenziando i meccanismi adattativi, da quelli maladattativi e dalle modificazioni che possono essere considerate semplici epifenomeni. A oggi sembra particolarmente interessante, vista la sua potenziale trasferibilita nell'ambiente clinico riabilitativo, la possibilita di combinare tecniche di neuromodulazione con l'esercizio terapeutico riabilitativo. Concludendo, la definizione di un intervento terapeutico in neuroriabilitazione deve tener conto degli aspetti che le ricerche emergenti hanno evidenziato nel corso degli ultimi anni. Nei pazienti con lesione cerebrale, anche a distanza di anni dalla lesione, in un'alta percentuale di casi permane una disabilita residua a carico dell'arto superiore. Per questo motivo lo sviluppo di nuove tecnologie al servizio della riabilitazione va incoraggiato al fine di ottimizzare i potenziali di recupero motorio. Tuttavia sono necessari studi clinici rigorosi su vasta scala, per creare un approccio evidence -- based alla gestione riabilitativa di questi pazienti.

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Sofia Straudi, MD [1], Maria Grazia Benedetti, MD [2], Paolo Bonato, PhD [3]

[1] U.O. di Medicina Riabilitativa, Dipartimento di Neuroscienze, Azienda Ospedaliero -Universitaria di Ferrara, Italia

[2] Laboratorio di Analisi del Movimento, Istituto Ortopedico Rizzoli, Universita di Bologna, Italia

[3] Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Spaulding Rehabilitation Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, USA
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Author:Straudi, Sofia; Benedetti, Maria Grazia; Bonato, Paolo
Publication:Scienza Riabilitativa
Article Type:Report
Geographic Code:4EUIT
Date:Jan 1, 2011
Words:4130
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