La prima pubblicazione targata SPINAL frutto della collaborazione tra clinica e ricerca di base.

Figura 1 dell'articolo

Una versione a colori della figura introduttiva dell’articolo dove viene mostrato come si ottiene ReaListim dalle registrazioni EMG dei muscoli estensori e flessori di un arto. Successivamente ReaListim è stato utilizzato per stimolare elettricamente una radice dorsale di midollo spinale di roditore, in vitro.
ReaListim attiva il Central Pattern Generator come dimostra l’insorgenza di un episodio di oscillazioni alternate dalle radici ventrali.

Dal 2011 ad oggi il Laboratorio Spinal di Udine ha già pubblicato 8 articoli scientifici ma questa è la prima pubblicazione di un lavoro svolto in collaborazione con un operatore sanitario dell’ASS 4 così come riportato nelle affiliazioni degli autori (l’indicazione per quale Università o istituzione lavorano). Già nella prima pagina si trovano i nomi degli autori, del laboratorio Spinal e dell’Azienda Sanitaria Medio Friuli.

Speriamo sia la prima di numerose collaborazioni.

Una prima parte dei risultati di questo lavoro fu presentata al congresso SOMIPAR tenutosi ad Imola nella primavera del 2012. Inoltre, questo lavoro è stato accettato, nella sezione poster, al Neuroscience meeting 2013 che si terrà il prossimo novembre a San Diego, CA e sarà presentato da Giuliano Taccola mentre Francesco Dose porterà alcuni di questi dati al congresso della Società Italiana di Neuroscienze in programma a Roma nel mese di ottobre.
I principali finanziatori che hanno sostenuto il lavoro di ricerca e ai quali è rivolto un particolare ringraziamento nella sezione “Acknowledgments”, sono:
la Regione FVG,
l’Azienda per i Servizi Sanitari n.4 Medio Friuli,
la fondazione VERTICAL
e l’Associazione Tetra – Paraplegici del FVG.

E allora incontriamo i tre protagonisti di questa nuova avventura che si realizza con una pubblicazione scientifica tutta targata SPINAL: due ricercatori di base, il dott. Giuliano Taccola, responsabile del laboratorio Spinal di Udine, e il dott. Francesco Dose, studente al primo anno del PhD SISSA in Neurobiologia e Rachele Menosso fisioterapista della sezione riabilitativa dell’Unità Spinale presso l’IMFR Gervasutta.

Rita. Come è nata questa collaborazione tra clinica e ricerca?
Francesco Dose: Prima abbiamo definito il progetto e quindi abbiamo cercato e ottenuto l’aiuto di alcuni terapisti della riabilitazione tra cui soprattutto la collaborazione di Rachele Menosso.

Francesco Dose

R. Di quale progetto parli?
FD. Mi riferisco alla nascita di una nuova onda di stimolazione: ReaListim. ReaListim è nata dall’idea di valutare se onde rumorose campionate dai muscoli delle gambe di uomo, erano in grado di attivare il Central Pattern Generator CPG in vitro.
Quindi abbiamo pensato di rivolgerci alla componente clinica di Spinal. Noi infatti non abbiamo mai svolto registrazioni su volontari e non possediamo né l’esperienza né le apparecchiature adeguate per poterlo fare.

Giuliano Taccola

Giuliano Taccola: L’utilità di utilizzare EMG da volontario consiste soprattutto nel fatto che, in questo modo, è possibile ottenere onde rumorose con caratteristiche fisiche diverse chiedendo, per esempio, semplicemente al volontario di camminare più o meno veloce, di stare fermo sul posto, di contrarre volontariamente un muscolo senza muoversi oppure di eseguire compiti motori complessi come saltare a gambe unite o pedalare. Tutte cose ovviamente impossibili da ottenere registrando in vitro.

Rachele Menosso

Rachele Menosso: Mi hanno chiesto se era possibile fare registrazioni dai muscoli di un volontario. E’ possibile: abbiamo una vasta esperienza clinica in tal senso e strumentazioni che ce lo consentono e quindi abbiamo accolto la proposta di collaborazione. Abbiamo nel senso che all’inizio il gruppo era più numeroso: c’erano Giuliana De Maio come volontaria, Chiara Pinzini che partecipava alle registrazioni e anche un’altra fisioterapista, Martina Delle Vedove che ha contribuito al disegno sperimentale e all’interpretazione dei dati.
Poi si è unita a noi anche Rosmary Blanco che si è prestata come volontaria durante l’esecuzione di un ultimo set di esperimenti. Tutte queste persone sono citate nella sezione ringraziamenti.
Abbiamo fatto alcune prove pratiche che sono consistite nel registrare l’attività di vari gruppi muscolari di una gamba durante lo svolgimento di compiti motori diversi come il cammino, il mantenimento della postura statica in piedi, fare saltelli o balzi, assumere la posizione squat, cioè il mantenimento della flessione isometrica delle ginocchia e delle anche, fare la bicicletta.
Poi io mi sono resa anche disponibile per partecipare attivamente all’interpretazione dei dati e alla stesura del testo.

R. Come e con che cosa si registra l’attività muscolare?
RM. Con un elettromiografo. Si tratta di un apparecchio, nella variante portatile, contenuto in uno zainetto che viene indossato dalla persona. Dall’elettromiografo escono vari fili che terminano con un elettrodo che registra l’attività elettrica di superficie. Gli elettrodi vengono posizionati sulla cute in corrispondenza del muscolo da testare. Esiste un protocollo cui attenersi per essere sufficientemente sicuri nell’individuazione dei punti in cui posizionare gli elettrodi: ci sono dei reperi anatomici (punti di riferimento), cioè delle sporgenze ossee, che sono facilmente individuabili dal fisioterapista e grazie ai quali sappiamo dove trovare un determinato gruppo muscolare. Il protocollo Seniam (progetto europeo SENIAM, Surface Electromyography for Non Invasive Assessment of Muscles, istituito per elaborare raccomandazioni per una standardizzazione delle strumentazioni e delle tecniche di raccolta dei dati) ci aiuta a trovare il muscolo che ci interessa.

R. Quante volte e con quante persone è stato condotta la registrazione?
RM.
Abbiamo avuto la disponibilità di tre volontari che hanno ripetuto gli esercizi un numero di volte sufficiente ad una buona registrazione. Si è trattato dell’impegno di quattro giornate per sessioni di circa 30-40 minuti per volontario approfittando della loro disponibilità durante la pausa pranzo o al termine della giornata lavorativa, senza sottrarre il nostro tempo all’attività clinica.

R. Vi ha emozionato questa prima fase dell’esperimento?
RM.
Sì, anche se noi siamo abbastanza abituati a questo tipo di registrazioni. Quello che mi ha emozionata è venuto dopo quando ho seguito, al fianco di Francesco e Giuliano, come queste registrazioni venivano utilizzate nel laboratorio di ricerca di base.

R. Siete abituati a rilevare l’attività elettrica del muscolo? Come utilizzate queste rilevazioni?
RM.
Vengono utilizzate di routine per attività di studio e valutazioni cliniche. Per capire, per esempio, se una deambulazione errata dipenda da un gruppo muscolare deficitario oppure per capire se una certa attività muscolare si svolge in forma coordinata

R. In questo caso invece avete “passato” le registrazioni ai ricercatori di base del progetto Spinal…e voi, del laboratorio di base, che cosa ne avete fatto?
FD.
Abbiamo elaborato i files delle registrazioni dell’elettromiografo clinico in formato compatibile con le nostre strumentazioni e quindi le abbiamo importate nel sofisticato stimolatore programmabile che utilizziamo nel nostro laboratorio. Le onde rumorose così ottenute sono state erogate ad una radice dorsale del midollo isolato in vitro. Abbiamo quindi valutato:

1-se onde rumorose campionate da EMG erano in grado di attivare il Central Pattern Generator in vitro;
2- se onde ottenute da muscoli flessori o estensori, attivassero in modo differente il CPG;
3- se il responsabile dell’attivazione del CPG era contenuto all’interno del “rumore”;
4- se onde rumorose ottenute registrando diversi compiti motori (flessione, saltelli, bicicletta…) potevano in qualche modo modulare diversamente l’attività del CPG.

R. Quante volte avete dovuto ripetere l’esperimento?
FD.
Per raggiungere l’obiettivo che ci eravamo posti, e con il numero di repliche necessarie a raggiungere il significato statistico delle nostre osservazioni, come in genere nei nostri progetti, si è trattato di effettuare circa 90-100 esperimenti, della durata ognuno di un intera giornata.

GT. A questo punto il progetto rischiava di fermarsi. Infatti desideravamo comparare l’effetto delle onde rumorose con quello di sinusoidi “non rumorose” di uguale ampiezza e frequenza ottenute durante la stessa sessione locomotoria. Sfortunatamente non disponevamo dell’apparecchiatura necessaria a registrare i tracciati cinematici simultaneamente a quelli elettromiografici. Il progetto si è fermato diversi mesi poi, provvidenzialmente, ci sono venuti in aiuto il dott Saccavini, l’ing Prati ed il fisioterapista Mazzoli che hanno eseguito per noi queste registrazioni presso l’istituto Sol et Salus di Torre Pedrera, Rimini.

RM. Le registrazioni cinematiche descrivono il movimento della gamba nello spazio durante il cammino, è una ricostruzione sul piano saggitale. Sono stati considerati vari punti di repere* ossei: anca, condilo laterale del femore, malleolo laterale e quinto metatarso, questi punti si muovono durante il cammino. Se fai una registrazione con telecamera o un sistema di telecamere, quindi puoi ricostruire, fotogramma per fotogramma, la posizione dei marcatori nello spazio e quindi puoi ricostruire le variazioni di questi punti nel tempo durante la camminata.
*I punti di repere sono formazioni anatomiche che ci permettono, non solo di risalire agli organi interni, ma anche di avere dei riferimenti cutanei cui fare riferimento.

Markers ed elettrodi di superficie posizionati per l’analisi cinematica

GT. In pratica si attaccano degli adesivi che riflettono la luce sui punti individuati e la telecamera vede soltanto come si muovono quei punti durante il cammino

RM. Appunto: unisci quei punti e ricostruisci lo stick diagram che è la figura della gamba che si muove, istante per istante

R. E quali risultati avete ottenuto una volta che avete potuto disporre delle sinusoidi?
FD.
Dalla stimolazione con queste sinusoidi non emerge alcuna attività, c’è solo un’attività sincrona… ma non attivano il CPG come le onde rumorose.

R. Quindi è solo il rumore che stimola il CPG?
GT.
Ce lo siamo chiesto, quindi, nella fase successiva, abbiamo registrato degli elettromiogrammi dai muscoli però durante posizioni statiche: durante la stazione eretta o durante la contrazione isometrica. Otteniamo una traccia che è rumorosa ma non è fasica.
Ricapitolando: da una parte abbiamo un’onda liscia non rumorosa che non attiva il CPG, dall’altra solo rumore non fasico, non ondulatorio, che non attiva il pattern e quindi concludiamo che, per attivare il CPG, sembra che ci debbano essere entrambe le componenti: la componente sinusoidale insieme alla componente rumorosa.
Infatti abbiamo fatto un’analisi delle frequenze contenute all’interno di ReaListim e abbiamo visto che è caratterizzato da entrambe le componenti: una componente lenta, quella fasica, che corrisponde alla periodicità del passo e una componente ad alta frequenza che è quella che riconosciamo come variabilità intrinseca della traccia (= rumore).

R. Che conclusioni avete tratto da questo studio?
GT
. È una conferma che il CPG in vitro è attivato al meglio da uno stimolo elettrico asincrono come un onda rumorosa che può essere ottenuta anche, questa la novità del nostro ultimo contributo, dalla contrazione volontaria di un muscolo nell’uomo.

R. Mi vuoi dire quindi che siamo per così dire dei generatori di onde rumorose? Una sorta di inesauribile sorgente di segnali che, una volta registrati e utilizzati come stimolo, hanno la proprietà di attivare al meglio il CPG spinale?
RM.
Questo almeno nel modello in vitro. Certo sarebbe bello poterlo provare sull’uomo.

GT. Una stimolazione analoga a quella che facciamo nella nostra preparazione in vitro è fatta -attraverso elettrodi epidurali oppure attraverso una nuova procedura, già pubblicata ed utilizzata negli ultimi anni dai colleghi viennesi- con elettrodi transcutanei applicati alla cute della schiena. Una possibile applicazione di questo studio (nel caso in cui queste onde rumorose fossero efficaci anche nell’uomo) potrebbe essere quella di utilizzare, come generatore di onde rumorose fasiche, un muscolo della parte abile al di sopra della linea di lesione e inviare quel segnale rumoroso al midollo spinale direttamente al CPG e quindi permetterne l’attivazione. Si tratterebbe di un by-pass funzionale in cui la parte abile usa i muscoli per generare volontariamente onde rumorose alla frequenza opportuna, che vengono poi estratte e automaticamente utilizzate per stimolare il CPG sotto lesione.
Un modo quindi per immaginare (in scenari che restano tutti da valutare: sono confermati solo in vitro) una attivazione sottolesionale volontaria, anche senza utilizzare un percorso fisiologico…

R. Che film, ragazzi! Ma perchè non lo proviamo su di noi?
GT
. Il problema è che la tecnologia necessaria per replicare nell’uomo condizioni analoghe a quelle studiate da noi in vitro non è al momento disponibile. Questo ci riporta all’indispensabile necessità della Ricerca di base condotta su preparazioni in vitro: ci permette di immaginare applicazioni future quando ancora la tecnologia attuale non è pronta per realizzarle.

R. Rachele, che cosa ha significato per te partecipare a questo studio assieme a ricercatori di base?
RM.
Nella mia pratica quotidiana non ho a che fare con questo aspetto, di solito clinica e ricerca sono ben separate. Questa collaborazione invece ha rappresentato per me un punto d’incontro tra quello che leggo nei libri o negli articoli scientifici e quello che effettivamente faccio durante la pratica quotidiana. Una importante occasione, un’opportunità che mi ha permesso innanzitutto di capire bene che cosa fanno loro, che cosa gli servirebbe di sapere dalla clinica e come poter lavorare insieme.

FD. Credo che questo valga anche per noi nei vostri confronti: noi non abbiamo esperienza dal punto di vista clinico e quindi è stata anche per noi un’esperienza tutta nuova, importante per la mia formazione. I miei colleghi studenti di PhD alla SISSA a Trieste non hanno l’opportunità di seguire simili registrazioni cliniche…

R. E’ stata un’esperienza che ti ha portato a considerare in modo diverso il tuo lavoro?
RM.
Sì. Ad esempio, avendo conosciuto che il CPG risponde meglio a un insieme di input variabili, durante la mia attività di assistenza al cammino in sospensione di carico, cerco di variare il più possibile gli stimoli esterni, come la velocità del passo, la sospensione di carico sulle gambe… e questi interventi innovativi sono frutto delle sollecitazioni che mi vengono da loro.
L’abitudine porta naturalmente all’appiattimento

GT. L’introduzione della robotica in neuro-riabilitazione ha generato una prima competizione con le nuove macchine e ha fatto pensare che il fisioterapista dovesse sforzarsi di essere sempre più “meccanico” nel riprodurre i suoi gesti, invece, studi come questo ed altri in letteratura, ci confermano che la risorsa del terapista è proprio il suo essere umano, il suo variare e quindi, con queste piccole variazioni, fornire al CPG informazioni “rumorose” che la macchina non saprebbe dare. La mano del terapista non può essere sostituita da una macchina e questo è il motivo per cui si cerca di realizzare macchine sempre più vicine, più simili alla variabilità propria dei fisioterapisti.

R. Che altro vorresti dire a proposito di questa esperienza?
RM
E’ una esperienza che consiglierei a tutti i clinici: vedere che cosa avviene in un laboratorio per rendersi conto di che cosa si sta ricercando attualmente, di che si trova oggi in letteratura. Sono cose che difficilmente il clinico riesce ad interpretare perchè alcuni modi procedurali sono particolari, sono tipici della ricerca di base.