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Al giorno d’oggi l’ictus è una delle principali cause di morte nel mondo, ma circa il 70% delle persone colpite sopravvive sviluppando disabilità motorie all’origine della totale o parziale perdita di indipendenza in molte delle attività della vita quotidiana. In particolare le disabilità agli arti superiori e inferiori sono tra le più frequenti.
Circa l’80% dei fenomeni di ictus è di origine ischemica: la mancanza di ossigeno, per un periodo di tempo prolungato, causa la necrosi delle cellule neuronali insieme all’insorgenza di numerosi deficit. Il recupero completo delle funzionalità perse è limitato dall’incapacità del cervello umano adulto di riparare le cellule danneggiate, o rigenerare le cellule morte e dalla limitata plasticità dei circuiti neuronali coinvolti.
La riabilitazione è una fase importante per coloro che sopravvivono a fenomeni di ictus. Le tecniche finora elaborate si basano sull’esecuzione, sotto la guida di un fisioterapista, di esercizi mirati, intensivi e ripetitivi a carico dell’arto paretico per incrementare l’attività neuromuscolare. Negli ultimi anni, l’integrazione dei dispositivi robotici nelle tecniche di riabilitazione sta diventando sempre più comune nella pratica clinica, perché essi permettono la standardizzazione degli esercizi eseguiti, possono monitorare in modo oggettivo molti parametri riferiti alla performance del paziente, e hanno la capacità di assistere autonomamente il paziente durante l’esecuzione dei compiti motori. Tuttavia, non si trovano in letteratura pubblicazioni in cui si dimostri in modo definitivo l’efficacia di queste tecnologie; inoltre, restano ignoti i meccanismi di plasticità neurale e riorganizzazione funzionale su cui si basa il recupero favorito da queste terapie. In particolare, grande attenzione è stata posta sulla genesi di modelli di ischemia focale in corteccia motoria in modo da poter studiare i deficit motor legati all’ictus e l’andamento temporale del (parziale) recupero spontaneo.
L’obiettivo di questo studio è stato lo sviluppo di un metodo di valutazione oggettivo e ripetibile della funzione motoria dell’arto anteriore del topo negli stadi pre- e post-ictus. Un simile strumento sarebbe di fondamentale importanza per lo studio dei deficit indotti dall’ictus e dei correlati neurali legati alla fisiopatologia dell’ictus e alla fase di recupero, come potrebbe essere permesso grazie a misure robuste e oggettive.
La piattaforma robotica era stata precedentemente realizzata su misura per permettere all'animale di effettuare un task motorio con l’arto anteriore e, in questo lavori di tesi, è stato sviluppato il controllo richiesto per eseguire il protocollo sperimentale. A tal fine è stato utilizzato l’ambiente di sviluppo software Lab Windows/CVI. La piattaforma era dotata di una cella di carico a 6-assi, in grado di misurare il vettore di forza sviluppata dall’arto anteriore dell’animale, bloccato in un apposita maniglia, durante il compito di flessione.
Inoltre, la piattaforma è stata dotata di una telecamera che permettesse la video-registrazione delle sessioni di prova e, attraverso l’implementazione di un algoritmo in ambiente Matlab, è stato possibile estrarre la posizione dell'arto anteriore dal video..
Il recupero delle informazioni provenienti dai segnali di forza e posizione, è stato effettuato mediante una Graphical User Interface (GUI) appositamente sviluppata in ambiente Matlab. La GUI permetteva la stima di numerosi parametri di performance motoria come il tempo totale di esecuzione del task (t_target), il tempo precedente al primo movimento volontario nel task (t_latency) e un set di misure relative alla forza applicata per completare il task.
La lesione è stata eseguita nell'area corticale che rappresenta l'arto anteriore (M1 forelimb Area), mediante tre iniezioni di Endotelina ET-1, un potente vasocostrittore, che riduce il flusso sanguigno se iniettato localmente nel tessuto cerebrale, provocando un fenomeno ischemico focalizzato.
In conclusione, il protocollo, sviluppato in questa tesi, permette di valutare la performance motoria del topo prima e dopo l’induzione di ischemia focale nella corteccia sensori-motoria. La piattaforma robotica ha consentito il calcolo di vari parametri motori in modo oggettivo, robusto e specifico e la valutazione dei deficit indotti dall’ictus. Inoltre, è possibile adoperare la piattaforma come complemento agli altri test tradizionali di valutazione di performance motorie.
L’utilizzo di questo nuovo strumento non è comunque ristretto alla valutazione dei deficit post-ictus in un modello roditore, ma è applicabile anche allo studio dei meccanismi neurali che determinano o facilitano il recupero. Questi studi intendono contribuire ad incrementare le conoscenze riguardo la neurofisiologia dell’ictus e, nello stesso tempo, possono avviare lo sviluppo di nuovi e più efficaci strategie per la neuroriabilitazione umana.