Riabilitazione su remoergometro per bambini con paralisi cerebrale infantile spastica unilaterale: caratterizzazione delle variabili cinematiche e delle lunghezze muscolari

The presented study proposes an engaging activity for children affected by unilateral spastic cerebral palsy (CP). The comparison of kinematic variables and muscle lengths suggest that the training on the rowing ergometer is an effective therapy to promote motor functionality and assist the child in daily activities. The project has been developed in collaboration with the research institute "I.R.C.S.S. Eugenio Medea - Associazione La Nostra Famiglia" and the "Società Canottieri" in Lecco, which has provided the necessary space and equipment for the study. In the pathological musculoskeletal system, several muscle parameters are altered, resulting in significant repercussions on active force generation. Muscular fibers appear shorter and reduced in diameter, while sarcomeres are elongated and the extracellular matrix undergoes changes in shape and composition. In the spastic form of the condition, muscular hypertonicity reduces joint range of motion in the elbow, knee, and ankle, and contributes to increased fatigue in the individual. The equipment used in the gym to simulate the rowing gesture is the rowing ergometer, which is proposed to counteract muscular hypertonicity. The experimentation involved three patients with unilateral spastic cerebral palsy, two of them with right hemiplegia and another with left hemiplegia (3 M, age: 10 ± 3 years; height: 1.42 ± 0.2 m; weight: 32.7 ± 6.0 kg), and a control group of ten healthy children (8 M 2 F, age: 10 ± 2 years; height: 1.41 ± 0.1 m; weight: 32.0 ± 8.6 kg). The training consists in performing several rowing cycles, involving the main body regions affected by the pathology. The effecti veness of rehabilitation has been evaluated by using functional tests of the upper limbs, the reaching and the hand-to-mouth. The 3D kinematics has been acquired from the inertial measurement units of the Xsens MVN Awinda system. The kinematic variables recorded before rehabilitation have showed a more difficult and a slower test execution with the affected limb. All the temporal parameters considered for the phases of reach, adjustment and return of the task were significantly different between the dominant and non-dominant limb. Joint range of motion was reduced in the elbow, knee, and ankle joints of the affected limb, confirming existing literature results. Following rehabilitation, the time required to perform the two most critical phases of the task, the return and adjustment phases, was significantly reduced, demonstrating the effectiveness of the proposed protocol. Additionally, the use of Opensim software confirmed the presence of muscular hypertonicity in the flexors of the upper limbs and extensors of the lower limbs. Where the joint range of motion was reduced, the muscles affected by hypertonicity appeared more contracted and activated, while the antagonistic muscles more weaker and elongated. The angle-muscle analogy during the execution of functional tests is an innovative prospective of the presented thesis.

Lo studio presentato propone un’innovativa terapia riabilitativa per bambini colpiti da paralisi cerebrale infantile spastica unilaterale. L’analisi delle variabili cinematiche e della lunghezza muscolare indica come l’allenamento su remoergometro sia un efficace approccio terapeutico per favorire lo sviluppo delle funzionalità motorie e assistere il bambino nelle attività quotidiane. Il progetto nasce dalla collaborazione con l’istituto di ricerca "I.R.C.S.S. Eugenio Medea - Associazione La Nostra Famiglia" e la "Società Canottieri" di Lecco, che ha fornito gli spazi e la strumentazione necessaria per eseguire lo studio. Nel sistema muscolo-scheletrico patologico, diversi parametri muscolari risultano alterati, con gravi ripercussioni sulla forza attiva generabile: le fibre muscolari appaiono più corte e di diametro ridotto, i sarcomeri allungati e la matrice extracellulare cambia in forma e composizione. Nella forma spastica della patologia, l’ipertono muscolare riduce l’escursione articolare delle articolazioni di gomito, ginocchio e caviglia e contribuisce ad affaticare maggiormente il soggetto. L’allenamento su remoergometro, l’attrezzo utilizzato in palestra per simulare il gesto della remata, viene proposto per contrastare l’ipertono muscolare. La sperimentazione ha previsto la partecipazione di tre pazienti con PCI spastica unilaterale, due caratterizzati da emiplegia destra e uno da emiplegia sinistra (3 M; età: 10 ± 3 anni; altezza: 1.42 ± 0.2 m; peso: 32.7 ± 6.0 kg), e da un gruppo di controllo di dieci bambini sani (8 M e 2 F; età: 10 ± 2 anni; altezza: 1.41 ± 0.1 m; peso: 32.0 ± 8.6 kg). L’allenamento consiste nell’eseguire diversi cicli di remata, coinvolgendo i principali distretti corporei colpiti dalla patologia. L’efficacia della riabilitazione è stata valutata ricorrendo ai test funzionali dell’arto superiore, il reaching e l’hand to mouth, la cui cinematica 3D è stata acquisita dalle unità di misura inerziale del sistema MVN Awinda di Xsens. Le variabili cinematiche, registrate prima della riabilitazione, hanno evidenziato un’esecuzione dei test più difficoltosa e lenta con l’arto affetto; tutti i parametri temporali considerati per le fasi di andata, aggiustamento e ritorno del task, sono risultati significativamente diversi tra l’arto affetto e quello meno affetto. L’escursione articolare è risultata ridotta per le articolazioni di gomito, ginocchio e caviglia dell’arto affetto, confermando i risultati presenti in letteratura. In seguito alla riabilitazione, il tempo richiesto per eseguire le due fasi più critiche del task, ovvero la fase di ritorno e quella di aggiustamento, si è ridotto notevolmente, dimostrando l’efficacia del protocollo proposto. Inoltre, l’utilizzo del software Opensim ha verificato la presenza di ipertono muscolare dei flessori degli arti superiori e degli estensori degli arti inferiori. Laddove il range articolare di un’articolazione è risultato ridotto, i muscoli colpiti da ipertono sono apparsi maggiormente contratti e attivati, mentre gli antagonisti, più deboli ed allungati. L’analogia angolo - muscolo durante l’esecuzione dei test funzionali è un fattore di grande innovazione della tesi presentata.