Valutazione del movimento di alzata dalla sedia in individui affetti da sclerosi multipla

Multiple sclerosis (MS), also known as disseminated sclerosis, is a chronic inflammatory autoimmune disease that affects the central nervous system, damaging the myelin, which is the insulating substance that surrounds the axons of nerve cells. The demyelination of axons produces the slowing down or the total block in the propagation of action potentials along nerve fibers, greatly limiting the effectiveness of communication between the central nervous system and the periphery of the body. The subjects with multiple sclerosis show a great variety of symptoms that depend on the region of the central nervous system affected by demyelination. In particular, are very common disorders of balance and coordination, weakness and excessive muscle fatigue. People with MS may then present functional limitations that complicate the everyday life. In particular the lifting movement of the chair, or sit-to-stand (STS), it may be difficult to perform because it is necessary to develop joint moments superior to those of any other movement of daily life, in addition to having a good control of balance and coordination skills. In fact one must move the center of mass of the body from a stable position with a broad base of support to a less stable one located above the extended lower limbs, which provide a smaller support base. The purpose of this thesis is therefore to evaluate the movement of STS in patients with MS in order to determine the differences in motor strategy adopted compared to healthy subjects of a control group. It is also important to see if this strategy has correlations with the EDSS value of the subject and what parameters are appropriate to characterize it. It is therefore considered a sample of 110 individuals (34 healthy and 76 pathological ), recruited at Centro Sclerosi Multipla ASL8 Sardegna in Cagliari (head Prof.ssa Maria Giovanna Marrosu), that perform the test according to a common protocol. Each subject is asked to stand up quickly from his chair, keeping his feet parallel to each other and arms crossed over his chest . The tests are taken with a baropodometric platform and then the vertical component of the ground reaction force signal is processed by a special protocol implemented with Matlab software . The layout of this signal is first normalized to the mass of the subject and then on it 6 events are identified and the corresponding characteristic values of strength. They are : initiation (beginning of the movement, defined as the initial force reduction compared to the baseline), counter (global minimum), lift-off (defined with a specific formula), peak (maximum overall), rebound (minimum local that follows the peak), standing (end of the movement, when the reaction force stabilizes to the value of the weight force) . In addition, in the time window between the instants of counter and rebound (ascending phase) is calculated an asymmetry index that considers the difference in the distribution of the load between the two limbs . For a subgroup of 19 subjects was also possible to acquire data of electromyography of the rectus femoris, tibialis anterior and gastrocnemius both during the test of STS and during a test of maximal voluntary contraction (MVC) and of these, the amplitude during the activation window was evaluated, again through protocol implemented in Matlab. This is followed by statistical analysis. The data is cleaned up by the presence of outliers and then the distributions of the values of each parameter are compared between healthy and pathological subjects first and then only between pathological subjects according to the value of EDSS. Analysis of the results shows that the pathological subjects compared to healthy have lower force values at lift-off and peak time, while higher at rebound time. Therefore the movement presents less vertical acceleration in the first phase and consequently also a smaller deceleration required to stop the displacement of the center of mass . Even the moments in time of these events appear delayed compared to healthy subjects. Therefore the time required to lose contact with the chair and reach the upright position is greater. The asymmetry value appears to be lower, but with a difference not statistically significant. In addition, the EMG amplitude of the rectus femoris muscle appears to be lower in both in the STS test and in the MVC test, while their ratio is higher. Therefore the pathological subjects need to generate less force with the rectus femoris which however is weaker and therefore the effort required is greater as it is closer to maximal one that are able to withstand. The results lead to think that people with MS should adopt a strategy different from that of the healthy motor. In particular, exploiting a strategy called "full flexion" characterized by a marked decline in the trunk before the instant of lift-off. The advantages of this strategy are to ensure a greater stability to the body at lift-off and allow to extend the knee joint generating a lower moment, however, the execution speed is reduced and therefore the time required to complete the movement is greater. Considering only the pathological subjects is found a correlation between the value of parameters obtained from baropodometry and the level of EDSS of the subject. Therefore appears that the use of the "full flexion" strategy becomes more pronounced with the increase of the level of the disease and consequently the increase of the motor deficit. Finally, it is noted a strong correlation between the data of baropodometry and the amplitude of the EMG signal during the MVC test for the limb considered weaker. So it appears that the weakness of the rectus femoris may be the main factor that can influence the performance in the STS and push the adoption of the "full flexion" strategy.

La sclerosi multipla (SM), conosciuta anche come sclerosi a placche, è una patologia autoimmune cronica infiammatoria che colpisce il sistema nervoso centrale, danneggiando la mielina, cioè la sostanza isolante che avvolge gli assoni delle cellule nervose. La demielinizzazione degli assoni causa il rallentamento o il blocco totale nella conduzione dei potenziali d’azione lungo le fibre nervose, limitando di molto l’efficacia delle comunicazioni tra il sistema nervoso centrale e la periferia del corpo. I soggetti affetti da sclerosi multipla mostrano una grande varietà di sintomi che dipendono dalla regione del sistema nervoso centrale colpita dalla demielinizzazione. In particolare sono molto frequenti i disturbi dell’equilibrio e di coordinazione, debolezza ed eccessivo affaticamento muscolare. I soggetti affetti da SM possono quindi presentare limitazioni funzionali che complicano la vita di tutti i giorni. In particolare il movimento di alzata dalla sedia, o sit-to-stand (STS), può risultare difficoltoso da eseguire in quanto è necessario sviluppare momenti articolari superiori a quelli di ogni altro movimento della vita quotidiana, oltre ad avere un buon controllo dell’equilibrio e capacità di coordinazione. Infatti bisogna spostare il centro di massa del corpo da una posizione stabile con un’ampia base di appoggio ad una meno stabile situata sopra gli arti inferiori estesi e quindi con una base di appoggio molto ridotta. L’obiettivo del presente lavoro è dunque quello di valutare il movimento di STS nei soggetti affetti da SM per determinare le differenze nella strategia motoria adottata rispetto ai soggetti sani di un gruppo di controllo. Inoltre si vuole vedere se questa strategia abbia delle correlazioni con il valore di EDSS del soggetto e quali parametri siano adatti per caratterizzarla. Viene dunque considerato un campione costituito da 110 individui (34 sani e 76 patologici), reclutati presso il Centro Sclerosi Multipla della ASL8 Sardegna a Cagliari (direttore Prof.ssa Maria Giovanna Marrosu), che svolgono la prova secondo un protocollo comune. Ad ogni soggetto viene chiesto di alzarsi rapidamente dalla sedia, mantenendo i piedi paralleli tra loro e le braccia incrociate sul petto. Le prove vengono acquisite con una piattaforma baropodometrica e poi il segnale della componete verticale della forza di reazione al terreno viene elaborato con un apposito protocollo implementato con software Matlab. Il tracciato della componente verticale della forza di reazione viene prima normalizzato alla massa del soggetto e poi su di esso vengono individuati 6 eventi caratteristici e i corrispondenti valori di forza. Essi sono: initiation (inizio del movimento, definito come la prima riduzione della forza rispetto alla linea di base), counter (minimo globale), lift-off (definito con un’apposita formula), peak (massimo globale), rebound (minimo locale che segue il peak), standing (fine del movimento, quando cioè la forza di reazione si stabilizza al valore della forza peso). Inoltre nella finestra temporale compresa tra gli istanti di counter e rebound (fase di ascensione) viene calcolato un indice di asimmetria che considera la differenza nella distribuzione del carico tra i due arti. Per un sottogruppo di 19 soggetti è stato possibile acquisire anche i dati di elettromiografia del muscoli retto femorale, tibiale anteriore e gastrocnemio sia durante la prova di STS che durante una prova di massima contrazione volontaria (MVC) e di questi è stata valutata l’ampiezza durante la finestra di attivazione, sempre mediante protocollo implementato in Matlab. Successivamente viene eseguita un’analisi statistica. I dati sono ripuliti dalla presenza di outliers e poi le distribuzioni dei valori di ogni parametro sono confrontate prima tra soggetti sani e patologici e poi solo tra soggetti patologici in funzione del valore di EDSS. L’analisi dei risultati mostra che i soggetti patologici rispetto ai sani hanno valori di forza che all’istante di lift-off e peak sono inferiori, mentre all’istante di rebound sono superiori. Dunque il movimento presenta un’accelerazione verticale minore nella prima fase e di conseguenza anche una minore decelerazione necessaria per arrestare lo spostamento del centro di massa. Anche gli istanti temporali in cui si verificano questi eventi appaiono ritardati rispetto ai soggetti sani. Dunque il tempo necessario per perdere il contatto con la sedia e raggiungere la posizione eretta è maggiore. Il valore di asimmetria appare inferiore, ma con una differenza non statisticamente significativa. Inoltre l’ampiezza del segnale EMG del muscolo retto femorale appare inferiore sia durante la prova di STS che in quella di MVC, mentre il loro rapporto appare superiore. Dunque i soggetti patologici necessitano di generare meno forza con il muscolo retto femorale che tuttavia si dimostra molto più debole e quindi lo sforzo richiesto risulta maggiore in quanto è più prossimo a quello massimale che sono in grado di sopportare. I risultati ottenuti portano a pensare che i soggetti affetti da SM adottino una strategia motoria diversa da quella dei sani. In particolare sfruttano una strategia denominata ”full flexion” caratterizzata da un’accentuata flessione del tronco prima dell’istante di lift-off. I vantaggi di questa strategia consistono nel garantire una maggiore stabilità al corpo all’istante di lift-off e nel permettere di estendere l’articolazione del ginocchio generando un momento minore, tuttavia la velocità di esecuzione è ridotta e quindi il tempo necessario per completare il movimento risulta maggiore. Considerando poi solamente i soggetti patologici viene riscontrata una correlazione tra il valore dei parametri ottenuti dalla baropodometria e il livello di EDSS del soggetto. Dunque appare che l’utilizzo della strategia “full flexion” diventi più accentuato al crescere del livello della patologia e di conseguenza all’aumentare del deficit motorio. Infine viene notata una forte correlazione tra i dati di baropodometria e l’ampiezza del segnale EMG durante la prova di MVC per l’arto considerato più debole. Dunque appare che la debolezza del muscolo retto femorale possa essere il principale fattore in grado di influenzare la performance nel STS e spingere all’adozione della strategia “full flexion”.