Lesioni midollari complete, la chiave per tornare a camminare è nel tronco

Non hanno recuperato la capacità di muovere volontariamente le gambe. Eppure, dopo quattro mesi di riabilitazione e stimolazione elettrica epidurale del midollo spinale, quattro persone con una lesione midollare motoria completa sono riuscite a stare in piedi e a camminare con un deambulatore. A fare la differenza è stato un movimento apparentemente semplice: una lieve estensione volontaria del tronco, utilizzata per modulare la risposta alla stimolazione e innescare il movimento degli arti inferiori. È il risultato di uno studio condotto da un gruppo di ricercatori italiani dell’Università Vita-Salute San Raffaele di Milano e della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, nell’ambito del laboratorio MINE, Laboratorio congiunto sulle Neurotecnologie impiantabili modulari, attivo presso l’IRCCS Ospedale San Raffaele. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Med di Cell Press. Il gruppo di ricerca è guidato da Pietro Mortini, direttore dell’Unità di Neurochirurgia e Radiochirurgia Gamma Knife dell’IRCCS Ospedale San Raffaele e professore ordinario di Neurochirurgia all’Università Vita-Salute San Raffaele, e da Silvestro Micera, professore di Bioingegneria alla Scuola Superiore Sant’Anna.

Dalla stimolazione al movimento

La stimolazione elettrica epidurale del midollo spinale (eSCS) è una delle strategie più studiate negli ultimi anni per favorire il recupero di alcune funzioni motorie dopo una lesione midollare. Nei pazienti con lesione motoria completa, però, la sfida è particolarmente complessa: le vie nervose che consentono di controllare volontariamente gli arti inferiori sono assenti o troppo compromesse perché la sola riabilitazione possa ripristinare il movimento. Gli approcci più avanzati hanno utilizzato interfacce cervello-midollo, algoritmi capaci di decodificare i segnali neurali e dispositivi progettati specificamente per questo scopo. Si tratta di sistemi sofisticati che possono restituire un certo grado di controllo, ma che richiedono procedure invasive, apparecchiature dedicate e una gestione altamente specializzata. I ricercatori del laboratorio MINE hanno seguito una strada diversa, partendo da un’osservazione fatta durante la stimolazione. Quando cambia l’intensità dello stimolo effettivamente ricevuto dalle strutture nervose, cambia anche la risposta degli arti inferiori: a livelli più bassi prevale l’estensione del ginocchio, che permette di sostenere il peso corporeo; aumentando la stimolazione, compare invece la triplice flessione, che coinvolge anca, ginocchio e caviglia e consente di portare avanti la gamba. La scoperta è che questo passaggio può essere provocato dal paziente stesso attraverso una lieve estensione volontaria del tronco, senza modificare le impostazioni dello stimolatore. Nei quattro partecipanti il movimento necessario è stato, in media, di circa 9 gradi. È questo il principio alla base del trunk-mediated control (TMC), o controllo mediato dal tronco: il movimento del busto potrebbe modificare temporaneamente i rapporti anatomici tra le strutture nervose e gli elettrodi, cambiando così la risposta alla stimolazione. L’ipotesi, ancora da confermare, è che il movimento del tronco alteri per un breve periodo la geometria del canale vertebrale oppure la posizione o la tensione delle radici spinali.

Quattro persone tornano a camminare

Lo studio ha coinvolto quattro partecipanti con lesioni toraciche AIS A-B, quindi classificate come motorie complete: tre uomini e una donna. I livelli neurologici della lesione erano T7, T4, T7 e T6. Al momento dell’impianto tutti presentavano un punteggio MRC pari a 0 in ogni muscolo degli arti inferiori valutato, a indicare l’assenza di contrazioni muscolari volontarie visibili. Dopo l’impianto dello stimolatore, i partecipanti hanno seguito quattro mesi di allenamento basato sulla eSCS. In generale, hanno raggiunto la posizione eretta entro il primo mese e iniziato l’allenamento al cammino nel secondo o terzo mese. Nessuno dei quattro ha recuperato durante lo studio la capacità di contrarre volontariamente i muscoli delle gambe. Tutti i movimenti degli arti inferiori sono stati generati dalla stimolazione elettrica. Con la stimolazione attiva, tutti sono riusciti a mantenere la posizione eretta per periodi prolungati: da 13 a 60 minuti nella valutazione finale. Ma il risultato più significativo riguarda il cammino. Tutti e quattro sono riusciti a muoversi autonomamente, senza assistenza manuale né sostegno del peso corporeo, utilizzando un deambulatore e, quando necessario, ortesi piede-caviglia. Un partecipante ha percorso oltre 132 metri in 42 minuti di cammino continuo. Gli altri sono riusciti a camminare per più di 10 minuti senza fermarsi. I partecipanti hanno inoltre affrontato curve, pendenze e superfici esterne irregolari.

Il paziente diventa parte del sistema di controllo

La peculiarità dell’approccio sta proprio nel ruolo assegnato al movimento residuo del paziente. Il tronco diventa una sorta di interfaccia naturale attraverso la quale la persona può contribuire a determinare il movimento delle gambe. Durante la deambulazione, infatti, il TMC permette di passare dalla fase di appoggio, nella quale l’estensione degli arti sostiene il peso corporeo, alla fase di oscillazione, nella quale la flessione consente di portare avanti la gamba. Per ottenere il passo alternato, i ricercatori hanno combinato il controllo mediato dal tronco con un programma di stimolazione ciclica dell’arto opposto. La strategia ha quindi un elemento di particolare interesse: non serve un comando proveniente dal cervello decodificato da un’interfaccia sofisticata, né è necessario modificare continuamente i parametri dello stimolatore. È il movimento volontario residuo del tronco a modulare la risposta del sistema.

I risultati migliorano anche nelle scale cliniche

Il beneficio non è stato valutato soltanto attraverso la capacità di camminare. Prima dell’impianto e a sei mesi sono stati misurati diversi indicatori clinici. Nel WISCI II, che valuta la capacità di camminare dopo una lesione midollare, tutti i partecipanti sono passati da 0, corrispondente all’incapacità di stare in piedi o camminare, a 9, corrispondente alla possibilità di percorrere 10 metri con un deambulatore e ortesi. Tre partecipanti hanno inoltre registrato un miglioramento clinicamente significativo nella scala LEFS, mentre due hanno superato la soglia di miglioramento clinicamente importante nella scala SCIM, relativa all’indipendenza funzionale.

Una scoperta promettente, ma ancora sperimentale

Gli autori invitano tuttavia alla cautela. Il campione è molto piccolo e il periodo di osservazione è limitato. Inoltre, stimolazione e allenamento sono stati somministrati insieme: non è quindi possibile stabilire quanto dei miglioramenti osservati sia attribuibile alla stimolazione, quanto alla riabilitazione e quanto, nello specifico, al controllo mediato dal tronco. Anche la deambulazione ottenuta non è fisiologica: il sistema consente di coprire brevi distanze a velocità limitata e con l’ausilio di un deambulatore. Saranno necessari studi più ampi e un follow-up più lungo per capire se la strategia possa essere applicata ad altri pazienti e se sia possibile ottenere un controllo bilaterale del movimento attraverso il tronco. Il meccanismo fisiologico alla base del TMC, inoltre, deve ancora essere chiarito. I ricercatori ipotizzano che il movimento del tronco modifichi temporaneamente la geometria del canale vertebrale o la posizione delle radici spinali, alterando la risposta alla stimolazione. Serviranno ulteriori studi biomeccanici, neurofisiologici e sperimentali per verificare questa ipotesi. Resta però un dato: quattro persone con una paralisi motoria completa, incapaci di contrarre volontariamente i muscoli delle gambe, sono riuscite a stare in piedi e a camminare utilizzando una tecnologia già disponibile clinicamente e un movimento volontario residuo del proprio corpo. È questo, più ancora della distanza percorsa, l’elemento che rende il risultato italiano particolarmente interessante: la possibilità di trasformare un movimento che sembrava avere una funzione soltanto posturale in un vero e proprio comando per la locomozione.

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