Studiare i circuiti locomotori come prototipo dell’organizzazione funzionale del midollo spinale e della sua risposta al danno.

di Giuliano Taccola

Forse che la ricerca di base, tutta intenta ad inseguire i propri sogni, dimentica le prime aspettative proprio di coloro che da lei attendono risposte concrete?

Perché dedicarsi allo studio dei meccanismi spinali alla base della locomozione quando l’impossibilità a camminare non rappresenta il primo problema che devono affrontare coloro che vivono gli esiti cronici di una lesione spinale?
Forse che la ricerca di base, tutta intenta ad inseguire i propri sogni, dimentica le prime aspettative proprio di coloro che da lei attendono risposte concrete?
Questa domanda, che leggo negli occhi di molti di quelli che vengono a visitare il laboratorio SPINAL con la loro carrozzina, corrisponde esattamente a quanto riportato da uno studio epidemiologico che si proponeva, tramite interviste, di individuare le priorità della ricerca per i para e tetraplegici.
Dalle 681 risposte raccolte è emerso che al primo posto per i tetraplegici compare il recupero dell’arto superiore mentre i paraplegici erano concordi nell’indicare tra i più importanti progressi per la loro qualità di vita un miglioramento nelle funzioni vescicali, intestinali e sessuali.

In realtà, la risposta al quesito iniziale risiede nelle continue conferme sperimentali che ci mostrano come il Central Pattern Generator (CPG) per la locomozione non rappresenti l’unico circuito nel midollo spinale ma quello di cui abbiamo raccolto negli anni più informazioni circa la sua organizzazione e le sostanze chimiche capaci di attivarne o di modularne il funzionamento. Altri CPGs, infatti, sembrano risiedere nel midollo spinale e, ad oggi, sono stati riconosciuti un CPG dedicato al controllo del riempimento e dello svuotamento della vescica, uno per le funzioni sessuali nel maschio ed uno per muovere ripetutamente l’arto durante il grattarsi. E’ probabile che nel prossimo futuro si scopriranno altri e nuovi CPG spinali almeno uno per ogni azione complessa e coordinata che conosciamo dal momento che la loro esistenza sembra essere una regola di base nella costruzione del midollo spinale. Lo svolgimento di azioni ripetute e molto simili tra loro (stereotipate) viene infatti demandato all’attivazione ritmica e sequenziata di gruppi distinti di neuroni localizzati nel midollo spinale. In questo modo, fisiologicamente, molti compiti motori possono essere eseguiti in maniera automatica senza cioè la necessità di un continuo controllo consapevole.

Spinal Cord e Central Pattern Generators


I diversi CPGs spinali ad oggi conosciuti sembrano essere confinati in zone diverse del midollo e forse possiedono proprie e diverse sensibilità a particolari sostanze chimiche rilasciate nel sistema nervoso centrale. Al contempo però, tutti presentano anche regole comuni nella loro organizzazione, le stesse che stiamo studiando nel meglio conosciuto CPG locomotorio.

Abbiamo imparato il ruolo degli interneuroni inibitori, cellule che prendono contatto tra due pool motori (gruppi di motoneuroni funzionalmente analoghi) tra loro antagonisti inibendo reciprocamente l’attività di uno quando l’altro è attivo, proprio studiando il CPG per la locomozione e questo sembra essere uno schema conservato nell’organizzazione di reti spinali che prevedano l’alternata attivazione di gruppi muscolari. Inoltre, il nostro lavoro di ricerca, dedicato allo studio dei primissimi effetti di una lesione spinale sulla composizione e sulla funzionalità dei circuiti locomotori, potrebbe permetterci di prevedere cosa succeda, dopo lesione, anche negli altri circuiti spinali ed eventualmente quali modalità utilizzare per risparmiarli dalla progressione del danno successiva al primo trauma.

Le risposte ottenute sull’organizzazione del circuito locomotorio e la conoscenza delle caratteristiche delle singole cellule che lo compongono quindi ci fanno sperare di riguadagnare in futuro un cammino funzionale dopo lesione (per le lesioni complete questo obiettivo è ancora molto lontano) e di comprendere meglio i meccanismi cellulari alla base di gravi disfunzioni motorie come la spasticità. Nel frattempo, le stesse acquisizioni ottenute dallo studio del CPG locomotorio, potrebbero fungere da prototipo per permetterci di individuare anche nuove strategie terapeutiche per affrontare gli altri distretti funzionali del midollo spinale che possiedono un’organizzazione di rete e che sono variamente compromessi dopo una lesione. Sembra, per esempio, che alcune regole fondamentali, ovvero analoghe sostanze chimiche siano necessarie all’accensione e allo spegnimento di una rete. A questo riferimento, oggi conosciamo molte sostanze chimiche e mediatori endogeni capaci di indurre o facilitare nell’animale da esperimento il ritmo locomotorio ma spesso non sappiamo quale effetto abbiano sugli altri CPG spinali.

Inoltre, siamo solo all’inizio nella comprensione dei meccanismi attraverso cui le informazioni sensoriali attivano il CPG locomotorio e da poco iniziamo a conoscere quali siano le caratteristiche dei protocolli di stimolazione elettrica (ad es. la frequenza di stimolazione) che possano riattivarli dopo lesione. Proseguendo nello studio di questi meccanismi proprio nella rete spinale che meglio conosciamo, il CPG locomotorio, possiamo sperare di estendere in futuro queste conoscenze per ‘accendere a comando’ gli altri CPG spinali tramite per esempio interruttori esterni che facciano partire treni di stimoli elettrici.
Oltre a ciò, è verosimile, che i diversi circuiti abbiano in compartecipazione alcuni elementi così da poter immaginare di ‘convincere’ una parte dei moduli in ‘comproprietà’ a svolgere un’azione anziché un’altra o almeno a farlo in momenti diversi. Le più recenti applicazioni della neuroriabilitazione ci hanno insegnato come sia possibile sfruttare la plasticità del midollo spinale indotta dall’esercizio sottoponendo la persona con lesione incompleta del midollo spinale ad un intenso allenamento locomotorio o tramite stimolazione elettrica funzionale della muscolatura degli arti inferiori. Probabilmente, simili proprietà sono espresse anche dagli altri CPG spinali e questo aprirebbe nuove prospettive alla rieducazione funzionale.

Dallo studio del CPG locomotorio è inoltre emerso che diversi circuiti (per esempio quello per il movimento degli arti superiori e quello degli arti inferiori durante la locomozione) comunicano tra loro attraverso vie nervose, le vie propriospinali, tutte confinate all’interno del midollo spinale, con il significato di armonizzare il funzionamento dell’intero midollo spinale come un unicum. Per utilizzare un’immagine suggestiva più volte suggeritami all’inizio della mia formazione, i singoli CPGs avrebbero il significato di tanti mattoncini colorati impilati a formare un multicolore LEGO® a cui può essere assimilata la disposizione razionale del midollo spinale. Quindi studiare un’unità, cominciando proprio da quella di cui possediamo più informazioni: il CPG locomotorio, potrebbe farci sperare di ricostruire piano piano l’intero insieme.

Da quanto detto, potrà risultare evidente come l’obiettivo che i laboratori del progetto SPINAL stanno perseguendo nel loro lavoro di ricerca di base e le sue eventuali ed auspicabili ricadute future, non devono intendersi rivolte solo al risparmio od al ripristino del cammino, quanto piuttosto intendono studiare il circuito locomotorio come esempio e prototipo di ciò che avviene dopo lesione nei moduli funzionali che costituiscono il midollo spinale.

febbraio 2010

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