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1 SOMMARIO Il presente lavoro, nato dalla collaborazione tra il Dipartimento di Bioingegneria del Politecnico di Milano e la Polisportiva Milanese, ha come obiettivo la valutazione di possibili benefici derivanti dall esecuzione di un programma di allenamento sportivo in soggetti patologici affetti da paralisi cerebrale infantile (PCI) e sindrome di Down (SD). L esigenza di una valutazione di questo tipo nasce dalla volontà di rintracciare strumenti di riabilitazione diversi dai tradizionali metodi farmacologici e dai consueti esercizi di recupero motorio. Entrambe le patologie coinvolte in quest analisi interessano circa 3 neonati su mille (di cui 2 con PCI e 1 con SD) e sono caratterizzate da disturbi motori che questo lavoro si è proposto di ridurre attraverso l esecuzione di un programma di allenamento sportivo. Nei paesi sviluppati il numero di neonati affetti da PCI è stimato intorno ai 2-2,6 per mille nati vivi. Le alterazioni motorie presenti in questi soggetti coinvolgono il tono muscolare che può presentarsi aumentato (ipertonia), diminuito (ipotonia) o variabile e sono caratterizzate dalla presenza di movimenti involontari e di alterazioni dei riflessi [1]. Secondo una classificazione che differenzia la patologia in relazione al numero degli arti interessati si parla di: monoplegia, paraplegia, emiplegia, tetraplegia. La percentuale di persone con sindrome di Down, invece, ammonta a circa l 1,1-1,2 per mille nati; questi soggetti soffrono di disturbi motori strettamente legati alla patologia con rotazione esterna delle anche, ginocchia in flessione e valghe e le tibie ruotate esternamente. Nell infanzia il piede piatto-valgo con marcata pronazione crea problemi per un andatura stabile [20]. In molti pazienti affetti da SD si manifesta l eccessiva mobilità dell articolazione tra atlante (C1) ed epistrofeo (C2) definita instabilità atlantoassiale. Circa il 13 % delle persone con SD sviluppa sintomi e segni di compressione midollare come cambiamenti nella marcia, torcicollo, tetraparesi o teraplegia. Nel presente lavoro sono stati analizzati complessivamente 7 soggetti: 4 con PCI e 3 con sindrome di Down. Ogni paziente è stato sottoposto ad un programma di allenamento suddiviso in tre fasi: 1. recupero organico, composto di esercizi miranti al raggiungimento di una maggiore mobilità di collo, braccia, busto e anche; 5

2 2. forza-potenza, con lo scopo di ottenere un incremento della forza e della potenza sviluppata dai maggiori gruppi muscolari; 3. tecnica-rapidità, comprensiva di esercizi per il miglioramento della coordinazione e della rapidità dei movimenti. Per ciascun paziente sono state acquisite prove di Gait Analysis prima dell inizio del programma di allenamento (PRE) e sei mesi dopo (POST). Le acquisizioni delle prove sono state eseguite nel laboratorio L. Divieti del dipartimento di bioingegneria del Politecnico di Milano. La strumentazione utilizzata è composta da: un sistema optoelettronico ELITE 2002 (BTS SpA, a 8 telecamere a 100 Hz) in grado di misurare le coordinate tridimensionali di marker (elementi composti di materiale catarifrangente) posti sul corpo del paziente in particolari punti di repere. Attraverso la misura delle coordinate tridimensionali dei marker è stato possibile calcolare traiettorie, grandezze angolari, velocità e accelerazioni; una piattaforma di forza in grado di misurare il sistema di forze scambiate al terreno attraverso le quali è stato possibile eseguire il calcolo di momenti e potenze alle diverse articolazioni; un elettromiografo a 8 canali in grado di acquisire il segnale elettrico dovuto alla contrazione muscolare; un sistema per la ripresa video del movimento. Per l acquisizione delle prove di Gait Analysis è stato utilizzato il protocollo anatomico di Davis [66] che definisce la procedura di esecuzione dell esame. Prima di ciascuna sessione di acquisizioni, si sono rilevate le misure antropometriche dei soggetti mentre nella fase successiva si sono posizionati i marker in particolari punti di repere. Per ogni paziente è stato acquisito, in ciascuna delle due fasi di analisi (PRE e POST), un numero di prove variabile dipendente dalle condizioni fisiche ed emotive del soggetto sotto esame. A ciascuno è stato richiesto di camminar nel modo e alla velocità più naturale possibile su una pedana dotata, nella parte centrale, di una piattaforma di forza. Se necessario, ai pazienti è stata data la possibilità di utilizzare dispositivi di ausilio durante la fase d acquisizione. Per il confronto dei risultati sono state scelte due prove con appoggio dell arto destro sulla piattaforma di forza e due con appoggio del sinistro, sia per il PRE che per il POST. Dal momento che l esecuzione delle prove doveva risultare il più naturale possibile, senza alcun 6

3 tipo di costrizione sui soggetti, per alcuni di loro non sono state raccolte prove sufficienti per poter effettuare un analisi di confronto di questo tipo. Oltre alle prove di cammino, per i soggetti che ne avevano la capacità, sono state raccolte anche prove di salto il cui scopo era una valutazione più efficace dei progressi raggiunti in termini di forza sviluppata dagli arti inferiori. Purtroppo, a causa delle avverse condizioni fisiche degli altri partecipanti al programma, solo per due di loro (affetti da sindrome di Down) si possiedono prove di salto sia per il PRE che per il POST. Per l acquisizione delle prove di salto ai soggetti, markerizzati secondo il protocollo di Davis, è stato richiesto di posizionarsi con entrambi i piedi poggiati sulla piattaforma di forza e con le mani sui fianchi. Ciascuno di essi, dalla posizione descritta, ha spiccato un salto su due piedi. L acquisizione ha riguardato la fase di caricamento, il salto vero e proprio e la fase di atterraggio con il recupero della posizione iniziale. Per la valutazione delle prove di cammino sono stati considerati e ricavati una serie di parametri tra cui quelli spazio-temporali: velocità media del cammino [m/s]; percentuale di durata della fase di appoggio e di volo rispetto all intero ciclo del passo; lunghezza del passo [mm]; larghezza dell appoggio [mm]. Inoltre ne sono stati ricavati altri dall osservazione dei grafici di cinematica e di dinamica ottenuti. I movimenti descritti dai grafici di cinematica considerati sono stati : della caviglia nel piano sagittale e orizzontale; del ginocchio nel piano sagittale; dell anca nel piano sagittale, frontale e orizzontale; del bacino nel piano sagittale, frontale e orizzontale. In generale per ogni movimento sono stati ricavati e osservati solo alcuni valori puntuali: i massimi; i minimi; i valori medi; il ROM; i valori degli angoli al contatto iniziale. 7

4 Nei tracciati di dinamica sono stati rappresentati: forze di reazione del terreno; centro di pressione antero-posteriore; momenti e potenze alle articolazioni. Per la loro valutazione sono stati considerati i valori massimi e minimi; relativamente alle forze di reazione del terreno e al CoP a tali parametri sono stati affiancati i valori relativi al contatto iniziale. Anche per la valutazione delle prove di salto sono stati ricavati grafici di cinematica e dinamica. I primi hanno riguardano il movimento durante il salto di anca, ginocchio e caviglia sul piano sagittale (espresso come variazione degli angoli [ ]). In dettaglio sono: o grafico di flesso-estensione dell anca; o grafico di flesso-estensione del ginocchio; o grafico di dorsi-plantarflessione della caviglia. I grafici di dinamica hanno descritto la variazione: o della forza verticale [N]; o della forza antero-posteriore [N]; o della forza medio-laterale [N]. Da essi sono stati ricavati e valutati i valori massimi del PRE e del POST normalizzati rispetto al peso corporeo. Partendo dai valori forniti dalla cinematica del salto sono stati inoltre definiti dei parametri utili per la valutazione dei risultati raggiunti dopo l esecuzione del programma di allenamento. A tal fine è stato ricavato il tracciato che descrive l andamento nel tempo del marker posto tra le due spine iliache posteriori. Da esso sono stati ottenuti: il tempo di elevazione [s]: definito come durata del salto; l elevazione [m]: il massimo valore della quota raggiunta dal marker; il caricamento [m]: definito come differenza tra il valore della quota minima e di quella in fase di standing. Analizzando i risultati raggiunti dai soggetti affetti da paralisi cerebrale infantile e da sindrome di Down attraverso l esecuzione di un programma d allenamento, sono emerse alcune differenze: attraverso un analisi che mette in evidenza le differenze esistenti in termini di risultati raggiunti da ciascun soggetto indipendentemente dalla patologia di cui è 8

5 affetto, è emerso come i progressi abbiano interessato movimenti e articolazioni diverse per ognuno; mettendo a confronto i risultati raggiunti dai due diversi gruppi patologici, si nota come nei soggetti affetti da sindrome di Down siano migliorati in maggior misura i movimenti della caviglia e del ginocchio, mentre per i soggetti con paralisi cerebrale infantile gli effetti positivi abbiano interessato articolazioni più prossimali come bacino e anca. Le differenze riscontrate sono da attribuire: alle diverse caratteristiche fisiche che distinguono le due patologie e soggetti affetti dalla stessa patologia; alla diversità dei programmi eseguiti in termini di modalità e di impegno. In conclusione per entrambe le categorie sono stati ricavati dati che hanno dimostrato come l allenamento possa avere effetti positivi sugli arti inferiori. Le prove di salto hanno fornito interessanti risultati sui soggetti con sindrome di Down e l incremento del valore medio della forza verticale ha testimoniato i risultati positivi raggiunti dai pazienti affetti da paralisi cerebrale infantile. 9

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