Valutazione quantitativa degli effetti dell'allenamento utilizzando l'esoscheletro EKSOGT nella valutazione quantitativa degli effetti dell'allenamento utilizzando l'esoscheletro EKSOGT nei pazienti con malattia di Parkinson (Ekso_PD)

Titolo completo: VALUTAZIONE QUANTITATIVA DEGLI EFFETTI DELL'ALLENAMENTO UTILIZZANDO UN ESOSCHELETRO INDOSSABILE NEI PAZIENTI CON MALATTIA DI PARKINSON

PIANO DI RICERCA

Obiettivi specifici

La capacità di camminare in modo indipendente è un obiettivo primario quando si riabilita un individuo con malattia di Parkinson (MdP). Infatti, i pazienti con PD mostrano una postura flessa che, unita a un'eccessiva rigidità articolare, porta a una scarsa meccanica della deambulazione che aumenta il rischio di cadute. Sebbene gli studi abbiano già dimostrato i numerosi vantaggi dell'allenamento dell'andatura assistita da robot nei pazienti con PD, la ricerca incentrata sui metodi di riabilitazione ottimali è stata diretta verso l'esoscheletro potenziato degli arti inferiori. Combinando i vantaggi offerti dai dispositivi con messa a terra con la capacità di allenarsi in un ambiente reale, questi sistemi forniscono un maggiore livello di partecipazione del soggetto e aumentano le capacità funzionali del soggetto, mentre il sistema robotico indossabile garantisce meno supporto. Lo scopo del lavoro proposto è valutare gli effetti di un Over-ground Wearable Exoskeleton Training (OWET) sui problemi di deambulazione rispetto a un trattamento riabilitativo intensivo multidisciplinare. Poiché l'andatura è un compito complesso che coinvolge sia il sistema nervoso centrale (SNC) che quello periferico (SNP), la riabilitazione mirata deve ripristinare non solo la meccanica dell'andatura (parametri ST) ma anche il modello fisiologico dell'andatura (cinematica e dinamica articolare). A tal fine sarà valutato l'impatto di OWET sia sul SNC che sul SNP. L'analisi del movimento umano valuta quantitativamente le caratteristiche neuromuscolari e biomeccaniche del movimento. La letteratura recente ha evidenziato il vantaggio dell'accoppiamento dell'analisi dell'andatura (GA) e della modellazione neuromuscoloscheletrica (NMSM) per la pianificazione del trattamento e l'integrazione di questo approccio con la riabilitazione robotica. Un altro pilastro della ricerca sul morbo di Parkinson è l'elettroencefalografia (EEG), che è ampiamente utilizzata per valutare la disfunzione esecutiva, mentre la risonanza magnetica funzionale (fMRI) può rilevare i cambiamenti corticali nelle attivazioni motorie durante le attività motorie. Pertanto, viene proposta una valutazione quantitativa dell'andatura e della funzione neuromuscolare di un individuo per valutare in modo affidabile il recupero della funzione sensomotoria alterata sia a livello del SNP che del SNC. A tal fine, GA completa (parametro spaziotemporale (ST), cinematica articolare, rigidità articolare) ed elettromiografia (EMG) saranno combinati per determinare i miglioramenti del PNS, e la fMRI con EEG sarà utilizzata per valutare i miglioramenti del SNC. Poiché gli operatori sanitari e i ricercatori necessitano di strumenti oggettivi, affidabili e validi per pianificare interventi specifici per soggetto, quantificare i risultati terapeutici e monitorare i cambiamenti nel tempo, lo studio proposto include la stima delle forze muscolari e della rigidità articolare con informazioni neutre, che si prevede fornire determinanti sensibili del controllo del movimento PD che potrebbero essere cruciali per informare la pianificazione/valutazione del trattamento. I dati preliminari sono disponibili e hanno mostrato la fattibilità della configurazione di misurazione proposta.

Contesto OWET: sebbene gli studi abbiano già dimostrato i numerosi vantaggi dell'addestramento alla deambulazione assistita da robot nei pazienti con PD (ad es. allenamento su tapis roulant supportato dal peso corporeo) come miglioramento dell'efficienza dell'andatura modificando i parametri spaziotemporali (ST), queste strategie creano un ambiente in cui il paziente ha meno controllo sull'inizio dell'andatura e manca di variabilità del flusso visuo-spaziale. Pertanto, la ricerca incentrata su metodi di riabilitazione ottimali è stata diretta verso l'esoscheletro potenziato degli arti inferiori, come nella riabilitazione post-ictus, dove l'effetto di tale trattamento ha notevolmente aumentato il potenziale per la riabilitazione specifica del paziente, mostrando un miglioramento dei parametri ST. Combinando i vantaggi offerti dai dispositivi robotici a terra con la capacità di addestrare il paziente in un ambiente del mondo reale, questi sistemi forniscono un maggiore livello di partecipazione del soggetto per mantenere il controllo del tronco e dell'equilibrio, nonché per navigare il loro percorso su diverse superfici e aumentare le capacità funzionali del soggetto mentre il sistema robotico indossabile garantisce un minore supporto. Inoltre, la stabilità che l'esoscheletro rivolge al paziente, consente una prova di deambulazione a mani libere (senza frizioni) che rappresenta parte integrante per un ripristino fisiologico della locomozione.

Poiché l'andatura coinvolge sia il SNC che il PNS, la riabilitazione mirata deve ripristinare non solo la meccanica (velocità, tempo e lunghezza del passo) ma anche il modello fisiologico dell'andatura. Ciò richiede miglioramenti sia a livello di equilibrio che di mobilità articolare degli arti inferiori. In questa direzione, gli esoscheletri elettrici indossabili per gli arti inferiori promuovono l'allenamento funzionale in un ambiente di deambulazione realistico combinato con un maggiore coinvolgimento del paziente rispetto ai dispositivi con messa a terra. L'analisi del movimento umano valuta quantitativamente le caratteristiche neuromuscolari e biomeccaniche del movimento. La letteratura recente ha evidenziato il vantaggio dell'accoppiamento di GA e NMSM per la pianificazione del trattamento e l'integrazione di questo approccio con la riabilitazione robotica, tuttavia non esiste uno studio che indaghi sugli effetti dell'andatura da un OWET in quelli con PD e nessuna valutazione che utilizzi GA completa e NMSM per rivelare i meccanismi cambiamenti a seguito della terapia.

Neurofisiologia del morbo di Parkinson: un caposaldo della ricerca sul morbo di Parkinson è stato l'EEG, ampiamente utilizzato per valutare la disfunzione esecutiva, mentre la fMRI può rilevare i cambiamenti corticali nelle attivazioni motorie durante le attività motorie. Il protocollo per utilizzare GA in combinazione con fMRI è già stato adottato dai ricercatori per visualizzare gli impatti del processo di riabilitazione sulla riorganizzazione della rete neurale, descrivendo e quantificando l'attività neurale e il recupero dopo il trattamento.

Analisi del movimento nel PD: negli ultimi anni l'andatura nelle persone con PD è stata studiata a fondo con i sistemi 3D GA, documentando una tipica riduzione dell'andatura ipocinetica della lunghezza del passo con asimmetria tra le falcate, un incremento della cadenza, dell'appoggio e del doppio appoggio fasi, che compensa la ridotta lunghezza del passo.

NMSM: la combinazione di GA e NMSM consente di monitorare la progressione della malattia con maggiore precisione. Ciò è stato dimostrato in una serie di patologie neuromuscolari e individui sani. Fondamentalmente, per ogni individuo viene creato un modello neuromuscoloscheletrico, guidato dai segnali EMG dell'individuo e monitorando la sua biomeccanica, come è stato recentemente applicato in individui con problemi neurologici. Questo crea un nuovo modello che collega le funzioni neuromuscolari in vivo all'individuo, fornendo così nuovi biomarcatori per valutare e monitorare la compromissione motoria del morbo di Parkinson. Inoltre, poiché la rigidità articolare dipende sia dal reclutamento neurale che dalle proprietà meccaniche, è probabile che fornisca una potente rappresentazione della compromissione del PD neuronale e muscoloscheletrico.

Significato e impatto potenziale Questo progetto affronta il potenziale di OWET per ripristinare l'andatura normale nei pazienti PD. OWET mira a migliorare il movimento generale del corpo e ridurre la rigidità articolare in quelli con PD, migliorando così la funzione, la qualità della vita e riducendo il rischio di cadute dannose. Il dispositivo robotico proposto (Ekso GT™, EksoBionics, Richmond, CA, USA) fa affidamento sulle funzioni fornendo assistenza passiva all'articolazione della caviglia, che colpisce il resto del corpo attraverso l'accoppiamento meccanico. Attualmente, la quantità di assistenza del dispositivo è stimata in base all'esperienza e alla competenza di un terapista. I moderni metodi di analisi del movimento ci consentono di valutare obiettivamente l'assistenza richiesta fornendo un mezzo per adattare l'assistenza a ciascun individuo e rimuovere i rischi di congetture cliniche. I dispositivi robotici assistono il fisioterapista fornendo un'azione meccanica ripetibile specifica dell'attività per supportare le terapie e consentire una maggiore intensità di allenamento. OWET mira a ridurre la rigidità articolare degli arti inferiori, che è un biomarcatore riconosciuto del morbo di Parkinson, migliorando così la riabilitazione per i pazienti con morbo di Parkinson.

I risultati legati allo studio proposto forniranno probabilmente soluzioni sostanziali alla gestione dei disturbi dell'andatura e posturali (postura, equilibrio e andatura) nel PD dove mancano interventi validi (farmacologici, neurochirurgici, fisioterapia tradizionale). Inoltre, un NMSM che identifica le variabili specifiche del paziente per la terapia potrebbe essere utilizzato per valutare i risultati del trattamento ma anche per condurre la terapia riabilitativa on-line mediante il controllo remoto del dispositivo di assistenza. Ciò fornirà una serie di vantaggi rispetto agli approcci convenzionali proponendo un trattamento attivo personalizzato e scalabile per grandi popolazioni e includendo un ambiente di formazione standardizzato e un supporto adattabile che ha la capacità di aumentare l'intensità e la dose del trattamento, senza gravare sui terapisti . OWET è quindi un mezzo ideale per completare la terapia convenzionale in clinica, mentre i robot di riabilitazione hanno il potenziale per continuare la terapia domiciliare utilizzando dispositivi più semplici.

Disegno dello studio Lo studio avrà una durata di 36 mesi. Verranno reclutati pazienti con diagnosi clinicamente stabilita di PD secondo i criteri diagnostici della Brain Bank della Parkinson's Disease Society del Regno Unito. La diagnosi sarà rivista da un neurologo specializzato in disturbi del movimento. In breve, 50 pazienti con gravità di malattia da lieve a moderata, saranno arruolati secondo i criteri di inclusione\esclusione inclusi nella sezione dedicata di seguito.

Le attività saranno organizzate in 4 pacchetti di lavoro (WP), ciascuno con risultati misurabili verificati da deliverable/pietre miliari programmate.

• WP1: Studio clinico. La dimensione del campione è stata definita sulla base dei dati pubblicati sulla velocità dell'andatura nei soggetti PD ed è stato selezionato un campione target di cinquanta individui PD (divisi in due coorti separate) per ottenere una potenza di almeno l'80% per rilevare le differenze di gruppo medie nella velocità media dell'andatura (p = 0,05). Una coorte (n=25) sarà sottoposta a un trattamento riabilitativo intensivo multidisciplinare e l'altra sarà trattata con OWET. Al basale (T0) i soggetti saranno sottoposti a valutazione neurofisiologica (EEG-fMRI) e GA. I partecipanti saranno quindi sottoposti a un OWET di 8 settimane. Dopo la terapia (T1), i soggetti saranno valutati, con lo stesso protocollo del T0. Dopo altri 2 mesi, verrà condotto un follow-up (T2) utilizzando lo stesso protocollo di T0.
• WP2: Analisi del movimento. La postura e l'AG verranno eseguite prima e dopo la riabilitazione.
• WP3: NMSM. Utilizzando i dati raccolti in WP1 e WP2, verrà eseguito NMSM per ottenere forza muscolare e rigidità articolare. Questo NMSM sarà utilizzato per valutare la funzione neuromuscolare del PD prima e dopo la riabilitazione.
• WP4: Valutazione neurofisiologica. Verranno utilizzate registrazioni e analisi di EEG ad alta densità (HD-EEG) a 256 canali per valutare i cambiamenti dell'attività di oscillazione cerebrale prima e dopo il trattamento. L'imaging cerebrale multimodale sarà eseguito mediante acquisizione e analisi simultanee di segnali neurofisiologici (EEG/EMG) e dati fMRI per valutare la connettività dello stato di riposo e le differenze di attivazione tra pre e post-trattamento e per identificare se i cambiamenti nell'attività corticale sono collegati con le modifiche rilevate nel WP3.

Risultati attesi Le funzioni locomotorie vengono recuperate positivamente da un allenamento funzionale alla deambulazione. Infatti, nei soggetti post-ictus, i pazienti sottoposti a questa terapia hanno già dimostrato di avere maggiori probabilità di raggiungere una deambulazione autonoma rispetto alle persone che non hanno ricevuto lo stesso trattamento.

OWET migliorerà la qualità dell'andatura e dell'equilibrio. Gli effetti con OWET avranno un impatto sulla qualità della vita. I risultati con OWET forniranno informazioni innovative per i programmi riabilitativi. L'impatto dell'intervento sarà valutato in base ai risultati misurabili elencati nella sezione dedicata di seguito.