• FES-cycling
• pazienti con lesioni midollari
• stimolazione elettrica funzionale

Il seguente lavoro di tesi ha come obiettivo principale quello di analizzare i parametri cinematici ottenuti nelle sessioni del trattamento riabilitativo con un sistema FES-cycling e implementare un setup sperimentale per la valutazione della fatica muscolare sia in pazienti mielolesi che in soggetti normodotati.
Il dispositivo utilizzato è un cicloergometro per FES-cycling (Pegaso, Biotech, Italia): un sistema integrato a controllo elettronico computerizzato che comprende un cicloergometro stazionario con un motore per l’assistenza al movimento di pedalata, un elettrostimolatore neuromuscolare funzionale dotato di 6 canali di stimolazione e da un’interfaccia grafica utente. Le variabili vengono controllate e regolate dal terapista in base alle specifiche esigenze del paziente, in particolare è possibile modificare la velocità obiettivo, la durata delle fasi che costituiscono la singola sessione e i parametri di stimolazione per ciascun canale.
L’impulso elettrico viene trasmesso ai seguenti gruppi muscolari: i quadricipiti femorali, gli ischio-crurali e i glutei sia destri che sinistri. La forma d’onda dell’impulso elettrico è bifasica rettangolare di cui è possibile variare l’ampiezza massima, la durata complessiva e la frequenza di stimolazione.
Durante questo lavoro di tesi di laurea sono stati analizzati i dati raccolti da 8 pazienti con lesione midollare completa. Il protocollo clinico prevede per ogni paziente un numero complessivo di venti sessioni di FES-cycling, tre volte alla settimana per sette settimane.
Lo studio clinico è nella forma cross-over, ovvero i pazienti, suddivisi in due gruppi A e B mediante un processo di randomizzazione, sono stati sottoposti in tempi diversi a due trattamenti di sedute FES-cycling caratterizzate da frequenze di stimolazione elettrica differente. Nel dettaglio il gruppo A è stato sottoposto a 20 sedute di FES-cycling di cui le prime 10 sessioni sono state caratterizzate da una frequenza di 50 Hz e le seconde 10 sessioni con stimolazione pari a 20 Hz (trattamento #1). Il gruppo B ha effettuato il trattamento con ordine inverso di somministrazione delle frequenze (trattamento #2).
Sono state somministrate, da parte di terapisti e medici specialisti nel settore delle mielolesioni, le seguenti scale cliniche ai tempi T0, T1 e T2:
Agli stessi tempi inoltre sono state misurate le circonferenze della coscia a 5, 10, 15 e 20 cm dalla rotula. I dati clinici raccolti sono stati successivamente analizzati e sottoposti a specifici test statistici.
In corrispondenza di ogni sessione di FES-cycling è possibile registrare differenti parametri che permettono di quantificare l’esercizio svolto dal paziente durante la terapia.
Per poter valutare l’efficacia di un trattamento rispetto ad un altro ho analizzato la potenza di pedalata. In particolare analizzando l’andamento del segnale stesso nell’arco della fase attiva è possibile analizzare i cambiamenti del lavoro muscolare durante l’esercizio di training.
Sul segnale di potenza è stata effettuata l’interpolazione con tre funzioni differenti: somma di seni, polinomiale ed esponenziale a due termini. Inoltre è stato eseguito un confronto tra le funzioni per identificare, sulla base della metrica RMSE, la funzione da utilizzare per l’interpolazione.
Dopo aver calcolato l’integrale si è proceduto all’identificazione di un indice di fatica in grado di valutare l’affaticamento muscolare:
Al fine di valutare il comportamento muscolare sottoposto alla stimolazione elettrica funzionale durante un trial dinamico come quello del FES-cycling, sono stati registrarti i segnali elettromiografici (EMG) da 3 soggetti normodotati che hanno eseguito l’esercizio secondo due schemi di stimolazione differenti: il primo (stimolazione #1) con i = 5mA e f1=10 Hz e il secondo (stimolazione #2) con i= 5mA e f2=20Hz.
I risultati ottenuti nel seguente lavoro di tesi confermano che la somministrazione del trattamento FES-cycling porta ad un affaticamento maggiore se viene somministrata inizialmente una frequenza di stimolazione più alta rispetto ad un trattamento caratterizzato da una frequenza di stimolazione iniziale più bassa.
Grazie all’integrazione di valutazioni cliniche ottenute da opportune scale cliniche, di parametri cinematici e modifiche percepite dal paziente si ottiene un metodo efficace per la valutazione degli effetti riabilitativi.
Il setup sperimentale utilizzato in questo lavoro di tesi permette di valutare gli effetti di trattamenti riabilitativi in persone con lesione midollare completa in modo precoce e fornisce la possibilità allo staff clinico di intervenire modificando, se necessario, i parametri del training dinamico effettuato con stimolazione elettrica funzionale tenendo conto degli effetti sul paziente, in particolare sulla fatica muscolare.