LETTERATURA INTERNAZIONALE

La Riabilitazione Robot-assistita del cammino nel paziente affetto da stroke: stato dell’arte e attuali indicazioni

Gregorio SORRENTINO1, Rocco Salvatore CALABRÒ2, Donatella BONAIUTI3
1 Dpt Medicina Fisica e Riabilitazione, Policlinico di Monza, Monza
2 IRCCS Centro Neurolesi “Bonino Pulejo”, Messina
3 Società Scientifica Medicina Fisica e Riabilitativa SIMFER

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Abstract

La riabilitazione robot assistita si è molto diffusa nei Centri riabilitativi e consolidata come evidenze, negli ultimi anni, anche per merito di numerosi studi che ne hanno sottolineato l’utilità.

Questo in particolare per il recupero del cammino nel soggetto con esiti di ictus.

Scopo del presente lavoro è quello di fornire al riabilitatore una estrema sintesi dei risultati della letteratura e delle acquisizioni da implementare nella pratica clinica, pur nella consapevolezza che si è solo all’inizio di una definizione dell’esatta “posologia” per un utilizzo corretto, basato sulle evidenze, e clinicamente applicabile per il recupero del cammino negli esiti di ictus con dispositivi robotizzati.

In questo lavoro si vuole trasmettere le nozioni elementari limitatamente alla classe di dispositivi maggiormente diffusi: gli apparecchi robotizzati su superfici fisse. Queste nozioni che si raffineranno nei prossimi anni, per la conoscenza delle potenzialità di questi utili e innovativi strumenti per la riabilitazione, al fine di migliorare le nostre possibilità di trattamento per renderlo più efficace.

Pertanto abbiamo presentato il razionale dell’utilizzo della robotica su superfici fisse per la riabilitazione del cammino sulla base delle numerose evidenze e delle linee guida nazionali e internazionali, come parte integrante del Progetto Riabilitativo Individuale del paziente con esiti di stroke, chiarendo gli aspetti anche applicativi dell’utilizzo dei diversi dispositivi esistenti sul mercato, e sottolineando i limiti e la non conclusività delle conoscenze attuali.

Introduzione

Nei paesi industrializzati è stata calcolata un’incidenza annuale di ictus – patologia più comune tra quelle neurologiche acquisite- che va dai 76 casi per 100.000 all’anno in Australia ai 119 per 100.000 della Nuova Zelanda (1). Grazie al costante miglioramento delle tecniche di rianimazione ed all’introduzione nella pratica clinica di tecnologie e protocolli terapeutici sempre più efficaci, negli ultimi decenni si è assistito ad un progressivo e significativo aumento dell’aspettativa di vita in soggetti affetti da ictus cerebri. Tale cambiamento del quadro socio-demografico ed economico, anche in un’ottica di politiche pubbliche e sanitarie, impone un’attenta presa in carico riabilitativa, con l’obiettivo di massimizzare le possibilità di recupero (ad oggi ancora parziali) allo scopo di limitare il più possibile la disabilità residua di queste persone.

Tra le varie problematiche secondarie a un danno neurologico, il deficit del cammino rappresenta una delle più importanti ed invalidanti. A tre mesi dall’ictus circa il 70% dei pazienti superstiti ha infatti velocità nel cammino ed endurance (i.e. decondizionamento cardiovascolare e muscolare) (2) significativamente ridotte rispetto ai valori medi riscontrabili nella popolazione sana di pari età, mentre il 20% ha perso completamente l’autonomia ed è costretto in carrozzina. (3)

La significativa riduzione dell’endurance e la precoce faticabilità cognitiva, tipica del paziente neurologico, determinano un’altra limitazione importante delle prestazioni durante il training neuromotorio (4). Le sedute riabilitative finalizzate al recupero del cammino risultano dunque estremamente impegnative sia da un punto di vista fisico che mentale e necessitano, spesso, di un rapporto numero terapisti su numero pazienti superiore a uno, con un pesante impatto in termini di risorse da impegnare.

L’applicazione della tecnologia robotica in riabilitazione si inserisce in questo contesto.

L’utilizzo di un dispositivo robotico permette di alleggerire il lavoro dell’operatore con modalità di allevio del peso e di intensificare il trattamento permettendo esercizi altamente ripetitivi, progressivamente intensivi e programmabili sulla base delle necessità del paziente. Infatti, i dispositivi robotizzati sono dotati di sistemi di controllo adattivi che permettono, nel caso della riabilitazione, di individualizzare il trattamento a seconda delle necessità e abilità residue specifiche di ciascun paziente, al fine di favorire il recupero sensomotorio, cognitivo e comportamentale.

Negli ultimi anni sono inoltre comparsi in commercio dispositivi robotizzati che permettono l’esecuzione del training in modo semi-autonomo, con la programmazione individuale impostata dal riabilitatore, riducendo quindi l’impegno diretto delle risorse umane e migliorando l’aderenza ai trattamenti.

Questi dispositivi permettono anche di raccogliere informazioni quali/quantitative sul movimento del paziente, attraverso sistemi di raccolta dati, monitorando le performances durante ogni sessione e i risultati del training, e concorrono a individualizzare il programma riabilitativo adattandosi alle caratteristiche del paziente, pur continuando a mantenere carattere di riproducibilità e serialità. (5)

Queste caratteristiche, specifiche dei dispositivi robotici, rendono questa tecnologia particolarmente funzionale alla riabilitazione del deficit neuromotorio. (6)

Relativamente alla riabilitazione del cammino, gli studi che propongono l’ausilio di tecnologia robotica (conosciuta in letteratura col termine Robot-Assisted Gait Rehabilitation, RAGT) si occupano dell’argomento che ha visto il più grande sviluppo negli ultimi anni in termini di pubblicazioni scientifiche.

I dispositivi attualmente disponibili per la RAGT sfruttano principi di motor learning (risultanti da attività motorie finalistiche proposte in maniera seriata ad alta intensità) che implicano l’impegno attivo (motorio e cognitivo) del paziente. (4,7)

Le tecnologie robotiche già disponibili sul mercato o in fase sperimentale presentano caratteristiche talora assai diverse tra loro, sia dal punto di vista della costruzione meccanica che rispetto ai loro sistemi di controllo e quindi presentano indicazioni e modalità di utilizzo diverse.

Scopo di questa brief overview è fornire una panoramica delle tecnologie, dei dispositivi più diffusi esistenti sul mercato, e indicazioni sulle modalità di applicazione della riabilitazione robot-assistita del cammino in soggetti affetti da deficit della deambulazione a seguito di ictus cerebri.

La riabilitazione del cammino robot assistita

Hobbs e Artemiadis (8) hanno teorizzato, a fini sostanzialmente didattici, tre distinte strategie di approccio riabilitativo che possono essere insite nell’utilizzo dei dispositivi robotizzati:

Targeted sensorimotor pathways (attraverso meccanismi di coordinazione inter-arto, percezione aptica e cutanea, propriocezione e percezione audio-visiva);

Physical implementation (attraverso esercizi task-oriented, stimolazione elettrica e magnetica, esoscheletri ed ortesi potenziate, allevio del carico, end-effectors);

Interaction goal & type (feedback aumentativo con correzione real-time dell’errore).

Ad oggi non esiste un’unica classificazione dei vari dispositivi attualmente in commercio.

In generale, e dal punto di vista applicativo clinico, i diversi dispositivi posso essere distinti sulla base della modalità di controllo, distinguendo tra Robot In Charge (RIC) e Patient in Charge (PIC) (9). Nel primo caso il paziente viene guidato dalla macchina all’interno di una cinematica completamente predeterminata e non ha possibilità di deviare rispetto alla traiettoria programmata, nel secondo il paziente interagisce con il sistema con un certo grado di tolleranza cinematica.

Un’altra classificazione dei dispositivi impiegati per la riabilitazione, quella più nota, è quella che opera una distinzione tra end-effector ed esoscheletri (10-11). I sistemi a esoscheletro sono tipicamente fissati ai segmenti corporei ed imprimono differenti forze essenzialmente secondo linee e gradi finiti. I sistemi end-effector prevedono invece un solo contatto uomo macchina, localizzato all’estremità distale dell’arto e non prevedono restrizioni dei gradi di libertà articolari. (10)

É possibile operare un’ulteriore sottoclassificazione degli esoscheletri tra treadmill-based, ovvero fissi (possono esercitare in uno spazio fisso, come su treadmill), o leg outhouses to train over ground, ovvero mobili (indossati, permettono un cammino nello spazio su superfici non meccanizzate) e, mentre gli end-effector robots sono organizzabili in footplate-based e platform-based. (12 – 14).

Lokomat, BLEEX, HAL e LOPES sono tra gli esoscheletri più comunemente citati in letteratura mentre strumenti quali Gait-Trainer, G-EO System e Haptic Walker sono i robot end-effector più rappresentati negli studi. In fig.1e 2 sono illustrati i robot su superfici fisse esoscheletrici e end effector più presenti nel mercato italiano: il Lokomat e il GEO system.

In questa overview saranno trattati, come argomento iniziale e fondamentale di conoscenza fisiatrica, i dispositivi robotici agenti su superfici fisse.

Figura 1

Figura 1

Figura 2

Figura 2

 

La riabilitazione robot assistita per il cammino nel paziente affetto da ictus cerebri

Non esistono ancora raccomandazioni esaustive sull’utilizzo della robotica nello stroke.

Diverse Linee Guida internazionali e nazionali che si occupano della riabilitazione dei pazienti con accidenti cerebrovascolari, in accordo con il resto della letteratura sulla RAGT (15 – 20), concludono per una sua maggiore efficacia rispetto al solo trattamento convenzionale, se in add-on, ovvero in aggiunta all’usuale training per il cammino.

Pertanto, esse sostengono, dopo un ictus, l’utilità del training robot assistito per il cammino che in ogni caso non deve essere utilizzato al posto del trattamento convenzionale ma deve essere integrato, e in aggiunta al resto dei trattamenti, nel piano riabilitativo individuale.

Più precisamente, esse suggeriscono che tale tipo di training venga sempre considerato per i soggetti che non recupererebbero in altro modo una deambulazione, ovvero quelli più gravemente compromessi, e che i migliori risultati sono registrabili se il training avviene nei primi 3 – 6 mesi dall’evento (19).

Purtroppo dall’esame di queste Linee Guida non emergono indicazioni su quali specifici dispositivi utilizzare nelle diverse fasi del recupero o nei diversi livelli di disabilità e tanto meno emergono indicazioni per il dosaggio del trattamento e la frequenza delle sessioni, in relazione alle caratteristiche del paziente.

Solo l’American Heart/Stroke Association fa riferimento alle caratteristiche dei dispositivi da utilizzare ed esprime giudizi favorevoli sia su robot per il cammino esoscheletrici fissi (quali il Lokomat) che end-effector (come GT3), mentre non riconosce forti evidenze di efficacia a favore dell’utilizzo di dispositivi indossabili come l’Ekso-GT e l’Indego (7).

Maggiori risposte a questi quesiti vengono da studi più recenti delle Linee Guida citate.

In linea generale, le tecnologie RIC paiono più adatte all’impiego con pazienti più gravi, mentre le tecnologie PIC paiono più adatte all’impiego con pazienti con quote motorie maggiori (9). Esistono inoltre tecnologie, più sofisticate, che consentono di attuare entrambe le modalità di controllo. Tutte permettono di riabilitare pazienti con diversi livelli di compromissione motoria, e di seguirli durante il periodo di recupero

Relativamente alle prove di efficacia esistenti in letteratura, gli studi sono assai numerosi e riportati nelle revisioni sistematiche. In questo lavoro, citeremo i principali, al solo scopo di sintetizzare gli elementi essenziali di conoscenza utili nell’operare del fisiatra.

Alcuni importanti studi (20 – 21) sembrano dimostrare la maggiore efficacia dei sistemi end-effector in pazienti affetti da stroke in fase sub acuta, mentre fanno emergere risultati meno conclusivi quando vengono utilizzati esoscheletri, anche se il grado di disabilità è elemento vincolante per l’utilizzo dell’una o dell’altra tipologia di dispositivo.

Più in particolare, la revisione di Bruni (20) dimostra l’efficacia del trattamento robotico di tipo end-effector in add-on, rispetto al solo trattamento fisiochinesiterapico convenzionale, fino a 6 mesi dall’evento acuto, con risultati sull’incremento di velocità di cammino tanto migliori quanto precoce è l’inizio del trattamento. Non ravvisa invece significativi miglioramenti in pazienti in fase cronica.

Al contrario, Mazzoleni e colleghi hanno rilevato miglioramenti anche in fase cronica, nell’endurance e nella autonomia del cammino, espressa come livello di Functional Ambulatory Cathegory (FAC), e hanno correlato i migliori risultati anche a una maggiore frequenza delle sessioni (22).

Relativamente al livello di disabilità, e a sostegno di quanto già sostenuto dalle Linee Guida internazionali, la riabilitazione robot assistita del cammino con allevio del carico pare essere funzionale al raggiungimento dell’autonomia deambulatoria soprattutto nei soggetti gravi (FAC<3) (23) con miglioramento della forza, della funzione e dell’endurance (22)

In pazienti con FAC ≥ 4 è stato descritto un aumento di forza ed equilibrio se il training è stato realizzato in un tempo medio dall’evento di 3 mesi (24).

Ma vi sono anche altri risultati oltre alle performances nel cammino e nei trasferimenti: si ritiene pertinente estendere ai pazienti con esiti di stroke quanto dimostrato in pazienti con esiti di lesione midollare sottoposti a training robot assistito del cammino, per almeno 2 settimane, che hanno migliorato la performance cardiorespiratoria soprattutto nei casi più gravi non in grado di deambulare (25).

Tutti questi effetti, verosimilmente, dipendono dalla regolazione delle tecnologie: grado di allevio, livello di assistenza del robot e velocità di esecuzione dell’esercizio (26).

A integrazione di quanto emerge dalla letteratura, si va affermando nell’utilizzo clinico l’indicazione prevalente agli esoscheletri con allevio del carico per pazienti con quote motorie assenti mentre i sistemi end-effector, che sono di fatto di utilizzo più semplice (rapidità di vestizione del paziente), sono meglio utilizzabili per pazienti che presentano quote motorie residue. Poiché questi ultimi dispositivi non controllano i movimenti delle singole articolazioni, se i pazienti sono molto compromessi è maggiormente necessaria un’assistenza diretta e manuale da parte del fisioterapista. Al contrario, tutto ciò è possibile senza il contatto manuale del riabilitatore nel caso dei robot esoscheletrici che, consentendo il controllo selettivo di singole articolazioni (tipicamente anca e ginocchio), permettono il trattamento specifico di problemi quali il recurvatum di ginocchio e il deficit di estensione dell’anca.

Al termine di questa veloce esame dei dati di letteratura integrati dalle esperienze cliniche che si vanno via via mettendo in pratica , è utile citare un interessante lavoro del gruppo di Morone (27 ) che semplifica il profilo delle indicazioni emerse finora, classificando i pazienti sulla base della funzionalità e del cammino con la Functional Ambulatory Cathegory , FAC, e indicando la classe di dispositivi robotizzati, elettromeccanici e meccanici maggiormente utili nelle diverse fasi del recupero sensomotorio. Nel suo studio ha messo in evidenza come le differenti tecnologie di RAGT siano funzionali, ognuna con le sue peculiarità, ai diversi gradi di compromissione del paziente ed alle diverse fasi di recupero. Gli esoscheletri fissi con allevio vengono suggeriti nei pazienti più gravi non deambulanti (FAC 0-1), gli end-effector nella riabilitazione di soggetti con disabilità moderate-grave e via via che il paziente diviene più autonomo, o nei casi di disabilità meno severa, (FAC 4-5) , la RAGT non sembra invece dare vantaggi rispetto al training tradizionale.

Il training robot assistito per il cammino in associazione ad altre tecnologie

Nell’ottica di un approccio integrato, nel corso degli anni, sono state proposte diverse soluzioni di RAGT in associazione ad altre tecnologie.

L’utilizzo congiunto di training robot assistito e di elettrostimolazione funzionale (FES) (17) o di contestuale stimolazione transcranica con corrente continua (TDCs) (28 – 30) sembrerebbe fornire outcome funzionali migliori della sola RAGT associata alla riabilitazione standard.

Per quanto riguarda l’associazione RAGT e Realtà Virtuale tre linee guida nazionali (Australia, Olanda e Nuova Zelanda) pongono indicazione a questo binomio, senza far riferimento a tempi e modalità di utilizzo (31). Più in particolare, l’utilizzo di Realtà Virtuale unita a rtraining robot assistito sembrerebbe produrre migliori risultati in termini di accettabilità e motivazione, anche se non sembra cambiare gli outcome funzionali (32).

Le misure di outcome per il training robot assistito nel paziente con esiti di stroke

A questo proposito, la letteratura non è conclusiva.

Gli studi ricorrono a numerose scale e misure funzionali cammino-correlate come endpoint del trattamento robotico rendendo difficilmente comparabili i risultati dei vari trials.

Ad ogni modo è evidenziabile un rilevante utilizzo di indicatori clinici (cammino-correlate come endpoint del RAGT) che, pur differenziandosi per patologia e stadio della malattia, risultano collocabili nel dominio dell’attività e della partecipazione e includono non solo la deambulazione (velocità del cammino ed endurance) ma anche mobilità ed equilibrio.

Geroin e colleghi (33), nell’unica completa rassegna su questo argomento pubblicata finora, hanno esaminato le misure più sensibili, e allo stesso tempo affidabili, per il trattamento robot assistito nelle diverse fasi del percorso riabilitativo del paziente con esiti di stroke, esaminandone anche l’applicabilità.

In sintesi, e a scopo clinico applicativo, le misure più utilizzate esplorano tipicamente quattro dimensioni: (i) il 10-Meter Walk Test (10MWT) per stimare la velocità del cammino, (ii) il 6-Minute Walk Test (6MinWT) per stimarne l’endurance, (iii) il Rivermead Mobility Index (RMI) e la Functional Ambulatory Cathegory (FAC) per la mobilità e (iv) la Berg Balance Scale (BBS) per l’equilibrio.

Laddove sia possibile, ovviamente, è auspicabile anche l’utilizzo delle misure cinematiche, per la migliore individualizzazione del training.

Considerazioni finali

Sulla base della letteratura scientifica e con il parere degli esperti che vanno operando ormai da anni in questo campo, possiamo concludere per l’efficacia del trattamento riabilitativo robot assistito per il recupero del cammino negli esiti di stroke.

Possiamo anche iniziare a identificare i dispositivi robotici più “adatti” per le caratteristiche funzionali e cliniche e i livelli di disabilità, ma, in termini di dose e protocolli è possibile mettere in evidenza ancora in letteratura una grande variabilità da cui risulta non facile identificare un’indicazione standardizzabile.

È generalmente suggerito l’utilizzo della riabilitazione robot-assistita come add-on rispetto al trattamento convenzionale. Nel paziente con esiti di ictus cerebri, dove troviamo molta letteratura scientifica, emergono alcuni suggerimenti dalla nostra sintesi, in base alla disabilità classificata con FAC: i pazienti con disabilità più grave (FAC<3) che vengono sottoposti a RAGT in add-on alla fisioterapia nei primi 3 mesi dopo l’ictus sembrano aver maggiore probabilità di ottenere a distanza una deambulazione autonoma.

Ci si augura che studi futuri si occupino di approfondire i risultati ottenuti in funzione dei protocolli riabilitativi in termini sia di passi effettuati o distanza percorsa, che di quantità di lavoro effettivamente svolto dal paziente nel caso di dispositivi robotizzati con sistemi di allevio, arrivando a una sorta di “posologia” del RAGT specificatamente disegnata per ogni paziente con esiti di ictus.

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