• analisi del cammino
• diabete
• diabetes disease
• gait analysis
• neuropathies
• neuropatie

Il cammino è una delle attività motorie più automatizzate del comportamento umano, con uno schema biomeccanico risultante dalla coordinazione armonica tra le azioni del sistema nervoso e quello muscolo-scheletrico. I suoi schemi motori biomeccanici regolari consentono di discriminare tra comportamenti fisiologici e patologici, per stabilire approcci terapeutici mirati al mantenimento dell’autonomia individuale durante le attività della vita quotidiana.
Il diabete mellito è una patologia che nella sua forma cronicizzata causa spesso neuropatie di tipo motorio e sensoriale, con una marcata diminuzione degli input somatosensoriali. Le conoscenze su come reagisca il sistema neuro-muscolare dei pazienti diabetici neuropatici durante il cammino, come pure durante altre attività motorie, a seguito della parziale perdita delle funzionalità motorie, è ancora motivo di discussione nella letteratura scientifica. Ad ogni modo, le neuropatie periferiche possono danneggiare sia le vie afferenti che quelle efferenti necessarie al mantenimento della postura e di un cammino fisiologico. Le neuropatie determinano disturbi a carico della meccanica del piede con conseguenti alterazioni dei parametri specifici del cammino, ovvero quelli spazio-temporali e cinematici. Tali alterazioni sono ad esempio traducibili in una riduzione della velocità media del passo, una riduzione della falcata, una perdita di mobilità primamente a livello della caviglia, caratterizzata da una minore escursione del movimento di flessione plantare, soprattutto in fase di spinta ed una conseguente riduzione della potenza meccanica espressa. Le problematiche interessanti i distretti distali periferici, inevitabilmente, coinvolgono nel tempo le articolazioni più prossimali di ginocchia e anche. Infatti, sono segnalati in letteratura un’apprezzabile riduzione dell’angolo al ginocchio ed un movimento compensatorio delle anche durante il cammino. Altri autori, invece, sottolineano nei pazienti diabetici e in forma più marcata nei neuropatici una minore ampiezza del passo e una durata inferiore della fase di singolo appoggio. L’analisi del cammino viene completata dall’applicazione di tecniche elettromiografiche per una verifica dei pattern di attivazione muscolare. È stato dimostrato, infatti, che i soggetti diabetici e diabetici neuropatici sono caratterizzati da anomalie muscolari a carico del vasto laterale, del tibiale anteriore, del soleo, del gastrocnemio mediale e laterale e degli ischio-crurali.
In questo lavoro di tesi effettuato all’interno del Laboratorio di Neuroriabilitazione ed in collaborazione con l’UO di Diabetologia dell’Azienda Ospedaliera Universitaria di Pisa, sono state eseguite prove di analisi del cammino mediante sistemi di cattura del movimento di tipo optoelettronico. I soggetti studiati sono un gruppo di dieci controlli e altrettanti pazienti diabetici, tra i quali non è stata esclusa la presenza di pazienti con prime sintomatologie neuropatiche. I parametri spazio-temporali e cinematici ottenuti dal sistema di laboratorio sono stati confrontati con quelli ottenuti a posteriori mediante modellazione computazionale in OpenSim. Su questi dati è stato possibile procedere con un’analisi statistica che consentisse un confronto dei risultati ottenuti per ciascun gruppo con quanto presente in letteratura. Le procedure di modellazione sono state focalizzate, invece, su un unico paziente diabetico che già a partire da una valutazione medica esperta aveva indotto ad una diagnosi neuropatica, confermata poi, dalla valutazione sperimentale. Attraverso procedure di dinamica inversa e ottimizzazione statica sono state calcolate le forze muscolari di un vasto numero di muscoli previsti dal modello, scelto tra le varie opzioni del software per l’adattamento alle misure cliniche e antropometriche del paziente ed alla simulazione del cammino in generale. La possibilità di indagare sul comportamento muscolare durante il gesto motorio del paziente è particolarmente sostenuta dall’ambiente clinico. Ad oggi, simultaneamente all’analisi del cammino vengono condotte nel laboratorio di cui sopra, analisi di elettromiografia di superficie con risultati concernenti il timing di attivazione muscolare di un limitato numero di muscoli. Prove isocinetiche di forza muscolare, richiedono di essere eseguite asincrone e mediante dispositivi appositi. Ne consegue, quindi, un aumento dei tempi di diagnosi da una parte e di attesa dall’altra.
Per quanto riguarda i risultati ottenuti, è stata trovata una conformità dei parametri spazio-temporali e cinematici con quanto presente in letteratura. Quindi: ridotta velocità media del cammino, ridotta cadenza e lunghezza del passo, aumentata durata della fase di oscillazione. La cinematica ha anch'essa confermato quanto valutato clinicamente dagli specialisti del settore, quindi: una riduzione dell'escursione articolare dell'articolazione tibiotarsica, soprattutto in fase di spinta e una ridotta flessione del ginocchio in fase di accettazione del carico, con conseguente schema motorio di compenso adottato dalle anche. Tali risultati giustificano le rilevanze dei dati dell'analisi di modellazione computazionale tramite ottimizzazione statica, secondo cui nei neuropatici, ancor di più che nei diabetici è emergente una riduzione della forza espressa dal soleo, che motiva la ridotta plantiflessione della caviglia e un giustificato aumento di forza a livello dei muscoli ischio-crurali che si attivano maggiormente per consentire comunque l'avanzamento degli arti inferiori. E' stata, inoltre, calcolata anche una riduzione della forza espressa dal tibiale anteriore. Tali risultati confermano l'evidenza di un pattern motorio caratteristico della patologia e ancor di più della sua degenerazione.
L’utilizzo della modellazione computazionale insieme alle metodiche sperimentali di anali del cammino potrebbe rappresentare una combinazione particolarmente vantaggiosa nella clinica ospedaliera sia in fase di diagnosi che di monitoraggio.
Di seguito, la suddivisione in capitoli di questo lavoro:
• il Capitolo 1 include una breve trattazione sul diabete e sulle sue diverse forme, con un’attenzione maggiore al diabete mellito di tipo due e alle sue complicanze neuropatiche;
• il Capitolo 2 riguarda i fondamenti della biomeccanica del cammino: le sue fasi, le grandezze coinvolte, le misure ottenute. All’interno di tale capitolo è riportato lo stato dell’arte delle caratteristiche del cammino dei soggetti diabetici;
• il Capitolo 3 contiene un po’ di storia dell’analisi del movimento fino ad una rassegna delle metodiche tecnologiche impiegate attualmente. Di queste ne viene fatta una classificazione sulla base di quanto presente in letteratura;
• il Capitolo 4 riporta metodi e metodiche e quindi protocolli e software utilizzati per questo studio comparativo di analisi del cammino su pazienti diabetici neuropatici, sia in termini sperimentali che di modellazione;
• il Capitolo 5 è il capitolo dei risultati dell’analisi optoelettronica e della simulazione in OpenSim;
• il Capitolo 6, infine, contiene una valutazione dei risultati ottenuti ed un’interpretazione sulla stretta correlazione tra le varie grandezze in gioco.