Valutazione del controllo motorio in individui affetti da sclerosi multipla

Multiple Sclerosis, also known as encephalomyelitis disseminate, is an inflammatory and demyelinating disease that affects the Central Nervous System. It is considered as the second most frequent cause of neurological disability, after head injuries. Because of its broad spectrum of signs and symptoms and its great impact on affected patients life quality MS gained critical importance in clinical research. Because of the fact that precise etiology of MS has not been cleared yet a precise cure is still missing. Nowadays most common therapies can only reduce symptoms and disability. Scientific research efforts mainly lead to a deep examination of symptoms in order to understand the precise etiology of the disease and also lean to minimize the wide range of disabilities that occur with MS. Motor impairments are the most invalidating of all symptoms because everyday life activities are severely compromised. This Thesis wants to analyze how MS does affect one of the most common voluntary activity in life: the gait initiation. The main aim of the work is to mark out the gait execution by measuring and comparing relevant parameters in a group of MS affected patients and a control group of healthy people. The purpose of this comparison analysis is to reveal some pathological trends in the task execution pattern and to understand if this trends are somehow related with the illness progression (measured with EDSS clinical index). Gait Initiation (GI) consists in performing the first step before the normal gait starts. It is a dynamic task that starts from a static stable condition and ends with an unstable condition. The choice of this task derives from the fact that it makes possible to analyze people’s balance and walking ability at the same time. Gait Initiation has been tested on 95 MS affected patients and 35 healthy people, the control group, at Multiple Sclerosis Regional Research Center for Sardinia. A baropodometric plate measured the Center Of Pressure (COP) as the relevant signal for this study. Of course, the research on this Thesis has been preceded by a broad literature review on the disease, the GI task, and the GI task in MS. Three different software have been used to analyze the COP signal: Footscan Balance®, SMART Analyzer® and ImageJ® . The first helped to perform a preliminary check on the COP pattern in order to: identify a peculiar pattern inside the control group, identify which limb, for each patient, has started the movement (swing limb), identify, for each patient, the type of stand (normal foot, flat foot, claw foot). After this pre check SMART Analyzer® made possible to define a data analysis protocol for all the participants to the test and to pass outputs to a spreadsheet document for further analysis. ImageJ® has been used to evaluate feet position over the baropodometric plate at the beginning of the task in order to point out any possible imbalance that would have affected the whole test. A statistical analysis has followed on all the collected information in order to validate data significance and compare measurements for both groups. A non-parametric test revealed that only a few measurements were statistically relevant and only these measurements have been tested for correlation with EDSS index. The correlation analysis underlined that a progressive alteration of the task execution was directly related with the rise of EDSS index. Most of this impairment comes from the first part of the COP pattern, the APA. The CNS performs APAs (Anticipatory Postural Adjustments) before every voluntary movement to minimize balance perturbation due to the movement itself. Gait Initiation’s APAs consist in some ankle muscles contractions that induce a backward COP shift to the swing limb. The analysis performed for this Thesis highlighted that MS affected patients have a reduced posterior COP shift that reveals that the anticipatory mechanism is impaired. In order to find a clinical reason for these impairments, the work has considered the neural mechanisms of motor control for a voluntary movement like, for example, the gait initiation. The bibliographic research allowed some hypotheses to be risen about the nature of these impairments. Primary motor cortex is responsible for triggering any voluntary movement; the movement itself is planned and controlled by the premotor cortex and by the supplementary motor area (SMA). Nervous signals are sent to the spinal cord through pyramidal and extrapyramidal fascicles. Other collateral areas that regulate the movement are the cerebellum (for voluntary movements) and the basal ganglia (for involuntary movements linked to voluntary movements). What arises from the experimental outcomes of this Thesis is a strong hypothesis that APAs compromissions are due to a demyelinating lesion of some of the above-mentioned structures.

La Sclerosi Multipla (SM) o Sclerosi a Placche è una malattia infiammatoria, demielinizzante, cronica che colpisce il Sistema Nervoso Centrale (SNC). Dopo i traumi cranici, è la malattia più frequentemente responsabile di disabilità neurologica nell'età giovane e adulta. Per l’ampio spettro di segni e sintomi e per il profondo impatto che ha sulla qualità della vita dei pazienti che ne sono affetti, la SM è una patologia che assume particolare importanza in ambito clinico. Data la difficoltà di comprensione dei meccanismi eziopatologici, non è ancora stata scoperta una cura definitiva per questa patologia; le cure, ad oggi, sono infatti in grado di modificare positivamente il decorso della malattia riducendone i sintomi e la conseguente disabilità, senza però rappresentare una soluzione al problema. Gli sforzi della comunità scientifica mondiale sono quindi rivolti da un lato al cercare di far luce sulla reale eziologia della SM, dall’altro al ridurre al minimo l’ampio spettro di disabilità con cui hanno a che fare gli individui colpiti da questa patologia. Tra i segni e i sintomi invalidanti dovuti a tale patologia, particolare importanza è assunta dai disturbi motori che, al progredire della gravità della patologia, compromettono il normale svolgimento dei più banali gesti quotidiani, arrivando, nei casi più gravi, a minare l’autonomia del soggetto interessato. Il presente lavoro di Tesi si pone come obiettivo quello di analizzare il task di inizio cammino, uno dei più comuni gesti eseguiti nell’arco di una giornata, in soggetti affetti da Sclerosi Multipla. Il fine è quello di caratterizzare l’esecuzione del movimento tramite l’estrazione di parametri caratteristici, da confrontare poi con quelli ottenuti da un gruppo di soggetti non patologici, costituenti il gruppo di controllo. Il confronto viene eseguito per cercare di capire se i soggetti patologici presentino un pattern del gesto motorio alterato rispetto agli individui sani e se questa eventuale compromissione aumenti al progredire del livello di disabilità, espresso dall’indice clinico EDSS. L’inizio del cammino o Gait Initiation (GI) consiste nell’esecuzione del primo passo della camminata, a partire da una condizione di quiete. Si tratta di un task dinamico che implica la transizione da una condizione statica stabile a una continuamente destabilizzante. Si è scelto di analizzare questo task in quanto consente la valutazione combinata dello stato di equilibrio del soggetto e della sua capacità di deambulare. La prova di inizio cammino è stata eseguita da 95 individui affetti da Sclerosi Multipla e da 35 soggetti facenti parte del gruppo di controllo, presso il Centro Regionale Sclerosi Multipla per la Sardegna. Il segnale analizzato nel presente lavoro è il Center Of Pressure (COP), acquisito mediante una piattaforma baropodometrica per la durata dell’intera prova. L’analisi vera e propria del segnale e dunque lo sviluppo del presente lavoro è stata preceduta da una fase preliminare di revisione della letteratura relativa alla Sclerosi Multipla, al task motorio di inizio cammino (in generale e in soggetti affetti da altre patologie) e ai risultati relativi all’analisi di tale gesto motorio in individui affetti da SM. L’analisi del tracciato del COP è stata eseguita grazie all’utilizzo di tre software: Footscan Balance®, SMART Analyzer® e ImageJ®. Il software Footscan Balance® ha permesso: una preliminare valutazione del tracciato del COP, al fine di individuarne l’andamento caratteristico all’interno del gruppo di controllo; l’identificazione, per ogni soggetto, dell’arto con cui viene iniziato il gesto motorio o arto di swing (dx, sx); la classificazione degli individui a seconda del tipo di appoggio (normale, piatto, cavo). Una volta stabiliti i punti salienti del tracciato standard e i parametri da valutare, il segnale del COP di ogni soggetto è stato caricato sul software SMART Analyzer® per la realizzazione del vero e proprio protocollo di analisi dei dati. Una volta realizzato, il protocollo è stato applicato a tutti gli individui partecipanti allo studio e i parametri estratti sono stati riportati su un foglio di calcolo. Il software ImageJ® ha invece consentito di valutare la disposizione dei piedi di ogni individuo sulla piattaforma baropodometrica, all’inizio del task, per individuare un eventuale mal posizionamento o sbilanciamento che andasse poi a inficiare l’esito dell’intera misurazione. I parametri estratti dai software SMART Analyzer® e ImageJ® sono successivamente stati sottoposti a un’analisi statistica, effettuata tramite il software Statsoft Statistica®. Lo scopo di tale analisi è stato quello di validare la significatività dei parametri oggetto di studio e di effettuare un confronto per gli stessi tra gruppo di controllo e gruppo dei patologici, per mettere in luce eventuali anomalie negli individui affetti da SM. Nello specifico, l’analisi di correlazione tra i parametri giudicati statisticamente significativi (in seguito all’applicazione di un test non parametrico sugli stessi) e l’indice clinico EDSS, ha permesso di individuare un’alterazione nell’esecuzione del task motorio di inizio cammino nei soggetti patologici, al progredire della disabilità dovuta alla patologia. Tale alterazione è a carico del primo tratto del tracciato del COP, relativo alla fase APAs dello stesso. APAs è l’acronimo di Anticipatory Postural Adjustments e indica gli aggiustamenti posturali anticipatori attuati dal SNC durante l’esecuzione di qualsiasi movimento volontario, al fine di minimizzare la perturbazione indotta dal movimento stesso, preservando l’equilibrio posturale. Gli APAs relativi all’esecuzione dell’inizio del cammino consistono in una serie di contrazioni dei muscoli della caviglia, riscontrabili in uno spostamento posteriore del COP verso l’arto di swing. Dall’analisi effettuata è quindi emerso che i soggetti affetti da SM presentino un ridotto spostamento posteriore del COP verso l’arto di swing, indice di un compromesso meccanismo anticipatorio di regolazione dell’equilibrio. Si è tentato di trovare una giustificazione ai risultati ricavati sperimentalmente, andando a indagare i meccanismi neurali di controllo motorio che intervengono durante l’esecuzione di un movimento volontario quale l’inizio del cammino. La ricerca bibliografia in tale direzione ha permesso di avanzare alcune ipotesi circa l’alterazione dei meccanismi sopra citati. La corteccia motoria primaria risulta essere l’area cerebrale responsabile dell’inizio del movimento volontario, che viene però pianificato e controllato ad opera della corteccia premotoria e dell’area motoria supplementare. Gli impulsi nervosi vengono inviati al midollo spinale grazie ai fasci piramidali ed extrapiramidali. Alle aree appena citate si aggiungono il cervelletto e i gangli della base quali strutture preposte alla correzione e regolazione rispettivamente dei movimenti volontari e involontari (associati ai primi). La volontà di giustificare i risultati ottenuti sperimentalmente porta a ipotizzare che la compromissione degli APAs sia da attribuire dunque a una lesione demielinizzante a carico delle sopracitate strutture, responsabili della pianificazione del movimento volontario, tramite l’esecuzione di aggiustamenti posturali anticipatori involontari.