Fisiopatologia della spasticità Roberto Piperno Direttore Medicina Riabilitativa Ospedale Maggiore Bologna
SPASTICITA Un disordine motorio caratterizzato da un aumento, dipendente dalla velocità, del riflesso tonico da stiramento (tono muscolare), con riflessi osteotendinei esagerati, risultante da una condizione di ipereccitabilità del riflesso da stiramento come una componente della sindrome del motoneurone superiore. (Lance, 1980) Un disordine motorio caratterizzato da riflessi tendinei vivaci (talvolta accompagnati da clono) e da una ipertonia muscolare elastica, dipendente dalla velocità durante lo stiramento, che interessa preferenzialmente certi gruppi muscolari. Risulta da una ipereccitabilità della via Ia ai motoneuroni combinata con una elaborazione anormale a livello spinale di altri inputs afferenti periferici (tonic stretch reflex). (Delwaide, 1993)
IL RIFLESSO DA STIRAMENTO Liddel e Sherrington (1924): riflesso miotattico nel gatto decerebrato con due componenti, una risposta fasica intensa provocata dall allungamento dinamico del muscolo e una risposta tonica più debole ma persistente dovuta all allungamento costante. Lloyd (1943): connessione monosinaptica della fibra Ia con il motoneurone α. L ipereccitabilità può dipendere da: abbassamento della soglia (Katz e Rymer, 1989) aumento del guadagno (Thillmann et al, 1991) cambiamenti più complessi nella modulazione di soglia e guadagno (Gottlieb e Myklehust, 1993) I tre elementi chiave della via riflessa sono: la sensibilità del fuso neuromuscolare (controllata dal drive γ), l eccitabilità intrinseca del motoneurone α, l elaborazione interneuronale dell afferenza Ia.
IL RIFLESSO DA STIRAMENTO Allo stato delle evidenze, nella spasticità il drive γ fusimotorio non è aumentato, gli α motoneuroni non sembrano intrinsecamente più eccitabili e pertanto è l elaborazione dell afferenza che subisce un aumento nel senso di una maggiore eccitabilità. La spasticità richiede un tempo di riorganizzazione poiché agiscono due meccanismi: - alterazione del controllo discendente sui circuiti spinali - cambiamenti locali al livello spinale. (Pierrot-Deseilligny e Mazieres, 1985) Lo sviluppo di spasticità non è solo espressione di liberazione dal controllo sovraspinale ma soprattutto di plasticità, modificazioni che cambiano il peso quantitativo dei circuiti spinali (Burke, 1988) Dopo SCI possono essere generate nuove alternative di controllo motorio e nuove modalità di attività spinale riflessa (Dimitrijevic, 1992)
Molti circuiti spinali controllano l eccitabilità del riflesso da stiramento e una alterazione di ciascuno di essi (almeno teoricamente) può produrre l esagerazione del riflesso che caratterizza la spasticità. 1. Aumento di sensibilità delle terminazioni primarie Ia dei fusi neuromuscolari 2. Aumento dell attività γ-fusimotoria (Hagbarth et al, 1973) 3. Aumento dell input periferico spinale (ad es: nuove connessioni per riorganizzazione neuronale) 4. Iperattività delle afferenze di gruppo II dei fusi neuromuscolari 5. Ipereccitabilità degli α -motoneuroni (da ipersensibilità da deafferentazione o da riduzione della inibizione discendente) Riduzione di inibizione: 6. ricorrente delle cellule di Renshaw (Katz e Pierrot-Deseilligny, 1982; Mazzocchio e Rossi, 1997) 7. reciproca disinaptica Ia (Crone, 1994) 8. presinaptica Ia (Faist et al, 1994; Nielsen, 1995) 9. non reciproca Ib (Delwaide e Oliver, 1988) 10. delle afferenze di gruppo II (Burke e Lance, 1973) 11. della depressione post attivazione nelle sinapsi Ia (Nielsen, 1995)
Tra queste cause possibili tre hanno evidenze contrarie (iperattività fusimotoria; ridotta inibizione di gruppo II; ridotta inibizione ricorrente) tre dispongono di evidenze sperimentali (ridotta inibizione presinaptica Ia; ridotta inibizione reciproca Ia; ridotta inibizione Ib) (Pierrot-Deseilligny e Mazieres, 1985; Young, 1991) Altri fattori che restano candidati: l eccitabilità dei MNα, i circuiti Ia non monosinaptici, i circuiti Ib, le modificazioni della risposta nelle sinapsi fra fibra Ia e MNα. (Katz, 2001).
le vie sopraspinali Ci sono almeno 3 sistemi di vie che originano nel cervello e convergono nel midollo spinale: il sistema dalla corteccia cerebrale; il sistema dal tronco encefalico; il sistema di gain setting che origina da nuclei del tronco cerebrale inferiore ed è sotto controllo limbico. (Kuypers, 1987) Il contributo delle vie piramidali alla sindrome spastica è modesto, il contributo maggiore sembra essere a carico delle vie parapiramidali.(struppler, 1985) La maggior parte delle vie parapiramidali proviene dal tronco encefalico e le componenti chiave sono: il tratto reticolo spinale dorsale DRT- (inibitorio), il tratto reticolo spinale mediale MRT- (eccitatorio) il tratto vestibolospinale VST- (eccitatorio). Le aree troncoencefaliche di origine ricevono una influenza facilitatoria dalle aree premotorie e supplementari della corteccia. Ci può essere anche una influenza cerebellare.
Lesione midollare di tipo incompleto E presente un certo grado di controllo volontario sugli automatismi spinali e prevale una importante spasticità con cloni inesauribili e schemi automatici in estensione prevalenti. Le attività motorie involontarie agii arti inferiori tendono ad essere più differenziate con schemi bifasici e crociati. Lesione midollare di tipo completo limitata attività riflessa segmentale di tipo fasico con clono per lo più esauribile, lieve ipertonia allo stiramento passivo e riflesso di evitamento o flessione da stimolo piantare. Di solito i riflessi segmentali non irradiano all'arto controlaterale né danno luogo a risposte protratte o toniche. Le manovre di rinforzo soprasegmentale sono inefficaci. Lesione midollare di tipo discompleto (Dimitrijevic, 1994) facilitazione segmentale per mezzo di manovre di rinforzo sopralesionali, ma in assenza di qualsiasi movimento volontario al di sotto della lesione. In alcuni pazienti si possono rilevare segni elettromiografici di inibizione volontaria dei riflesso plantare. Pazienti più esposti ad un incremento di spasticità e ad una maggiore iperattività riflessa proprio per le residue connessioni presenti.
I RIFLESSI FLESSORI Le afferenze muscolari di gruppo II III e IV, le afferenze articolari e le afferenze cutanee condividono un percorso comune: sono state classificate da Lundberg et al (1962) come afferenze che possono evocare il riflesso flessorio (Flexor Reflex Afferents -FRA). La via riflessa FRA è sotto il controllo inibitorio del sistema reticolospinale e facilitatorio del tratto corticospinale e rubrospinale (Burke, 1988). L attivazione delle FRA provoca una risposta a lunga latenza (almeno 100 msec.) in triplice flessione con inibizione dei motoneuroni estensori. E possibile distinguere una componente precoce da una tardiva (Bussel et al, 1989)
I RIFLESSI FLESSORI La risposta riflessa può presentare diversi livelli di intensità: risposta monofasica (in flessione senza successiva estensione) brusca, ipsilaterale e di breve durata; risposta bifasica, con una flessione seguita da una estensione; risposta di estensione crociata con flessione ipsilaterale, o riflesso di Philippson; riflesso bilaterale di massa, descritto da Riddoch (1917) con contrazione della parete addominale, evacuazione della vescica e dei retto, sudorazione, eritema e risposte pilomotorie. Prevalentemente nelle lesioni incomplete gravi si può osservare una reazione in estensione in risposta ad una pressione sul piede o sulla gamba flessa.
FENOMENO DEL COLTELLO A SERRAMANICO E un fenomeno a genesi complessa e in equilibrio fra eccitazione velocità-dipendente e soppressione lunghezzadipendente della attività riflessa (Burke, 1973) L interpretazione classica lo attribuisce all attivazione degli organi tendinei del Golgi e alla loro attività di inibizione Ib omonima. Questa interpretazione non è più sostenuta dalle evidenze sperimentali. Si sono affermati altri candidati, in particolare il sistema FRA (flexor reflex afferents). Il fenomeno del coltello a serramanico sarebbe dunque un fenomeno risultante dalla disinibizione degli interneuroni nella via FRA (Burke, 1988).
CLONO E una oscillazione automantenuta nell arco riflesso. E stato interpretato anche come espressione di un oscillatore interno al midollo spinale non dipendente dalla via del riflesso da stiramento (Walsh, 1976) Anche in soggetti normali può manifestarsi spontaneamente quando il riflesso da stiramento opera in condizioni di alto guadagno e viene applicata una forza adeguata (Rack et al, 1984) Peraltro, in condizioni normali il guadagno del riflesso è variabile, mentre nel paziente spastico rimane fisso in uno stato di eccitabilità che corrisponde ad un estremo del range fisiologico (Rack et al, 1984) I determinanti della frequenza del clono sono il tempo di contrazione e rilassamento del muscolo e il carico applicato.
Di solito, entro un mese dopo SCI si sviluppa una sindrome spastica. Questa evoluzione clinica può essere interpretata come un cambiamento nell attività dei motoneuroni α dall ipoeccitabilità della fase di shock midollare ad uno stato di ipereccitabilità (Diamantopoulos, 1967). In questo cambiamento l inibizione presinaptica passa da aumentata a ridotta, la trasmissione nella via Ia monosinaptica da ridotta passa ad aumentata, mentre la via Ia polisinaptica rimane abolita (Ashby et al, 1974) L'entità della spasticità sembra sia abbastanza correlabile con la quantità di residue connessioni esistenti tra strutture troncoencefaliche e midollo sottolesionale: si tratterebbe quindi di influenze diffuse e non specifiche di natura parapiramidale. I segni clinici di incremento della spasticità sono difficilmente correlabili con i rilievi elettrofisiologici e forniscono scarsa informazione sulla patofisiologia sottostante (Hiesemenzel, 2000).
La perdita di inibizione presinaptica sulle fibre Ia è una delle ipotesi più frequenti per spiegare l esagerazione del riflesso da stiramento. L inibizione reciproca disinaptica e l inibizione presinaptica Ia del soleo sono entrambe ridotte a riposo nei pazienti con spasticità (Crone, 1994; Faist, 1994; Nielsen 1995) Nell emiplegico Inibizione presinaptica sulle fibre Ia non modificata nell arto inferiore (Faist et al., 1994) ma diminuita nell arto superiore (Aymard et al, 2000); Inibizione presinaptica eteronima (es: quad su sol) non modificata (Faist et al., 1994); Inibizione Ib diminuita (Delwaide et al, 1988). Nel paraplegico Inibizione presinaptica omonima e eteronima sulle fibre Ia diminuita (Faist et al., 1994); Depressione intrinseca post attivazione nelle terminazioni primarie Ia meno pronunciata (Nielsen, 1995) Evidenze di un contributo delle fibre II (Eriksson et al.,1996)
Nell emiplegia la inibizione presinaptica e reciproca Ia non sembrano contribuire significativamente all aumento del riflesso da stiramento Nella paraplegia l aumento del riflesso può essere espressione di una diminuzione della inibizione presinaptica (Faist 1994) e della depressione intrinseca postattivazione (Nielsen, 1995) Tuttavia non vi è correlazione fra severità della spasticità e riduzione dell inibizione presinaptica o della depressione intrinseca (Nielsen, 1995) L assenza di correlazione indica che questo non è certamente il solo meccanismo, e neanche il principale, responsabile della spasticità. Altri meccanismi debbono intervenire, in particolare un aumento della stiffness non riflessa. (Faist, 1994; Katz, 2001)
Negli ultimi 5-10 anni c è stato un intenso dibattito sul significato della spasticità in relazione alle abilità funzionali del paziente. La valutazione clinica della spasticità viene usualmente condotta con il paziente in condizione passiva, ma la risposta allo stiramento muscolare cambia fra riposo e attività. Nessuna conclusione può essere tratta in merito al fatto se la ridotta inibizione vista a riposo abbia anche un significato funzionale per la performance motoria volontaria. (Morita 2001)
Inibizione reciproca naturale E rilevabile come soppressione del riflesso H nell antagonista durante la contrazione volontaria dell agonista. Sono possibili numerosi meccanismi e nell insieme è definita da Crone (1987) inibizione reciproca naturale. stata L inibizione reciproca naturale riconosce fra i suoi meccanismi l inibizione reciproca Ia e l inibizione presinaptica. L inibizione reciproca naturale è ridotta in pazienti con spasticita (Delwaide, 1985)
I soggetti normali hanno una riduzione della inibizione reciproca e dell inibizione presinaptica durante la contrazione volontaria ad un grado che è comparabile allo stato visto a riposo nei pazienti con spasticità. Questo può spiegare perché non si osservano evidenze di aumento del tono e ipereccitabilità del riflesso da stiramento durante la contrazione volontaria dell agonista nei pazienti con spasticità (Ibrahim et al, 1993; Sinkjaer e Magnussen, 1994)
Dopo SCI i pazienti sono incapaci di aumentare la inibizione reciproca e di ridurre l inibizione presinaptica, e quindi non sono in grado di esercitare un controllo sui meccanismi di selezione della ampiezza e del guadagno dei riflessi da stiramento di agonisti e antagonisti durante la contrazione volontaria. Il grado di coattivazione durante contrazioni alternate è maggiore che nell arto superiore dell emiplegico. (Boorman, 1996) Perciò solo nello stato a riposo o durante la contrazione di un antagonista può emergere l evidenza di una ipereccitabilità del riflesso e di un aumento del tono muscolare.
L opinione generalmente accettata è che i riflessi esagerati sono responsabili dell ipertonia muscolare e quindi dei disordini motori rilevati nella spasticità. Perry (1980) sottolinea che di solito la spasticità si presenta insieme alla contrattura muscolare. Dietz (1981) osserva che le proprietà meccaniche alterate del muscolo possono contribuire all ipertono nei pazienti spastici. Vari Autori hanno dimostrato un aumento della stiffness passiva alla caviglia in pazienti spastici, sia in presenza che in assenza clinica di contrattura. (Gottlieb et al, 1978; Dietz e Berger, 1983; Hufshmidt e Mauritz, 1985; Thillman et al, 1991) Dietz et al. (1986) ipotizzano che alcune alterazioni delle proprietà biomeccaniche attive delle fibre muscolari siano conseguenza di cambiamenti istochimici che avvengono nel muscolo spastico.
Il muscolo spastico può rimanere in posizioni accorciate per lungo periodo di tempo, innescando cambiamenti tissutali di cui il primo passo è l aumento reversibile di stiffness dovuta alle proprietà tissotropiche del muscolo, proprietà che sembrano essere aumentate nella spasticità (Carey, 1990). Contrattura = accorciamento della lunghezza muscolare per riduzione del numero di sarcomeri accompagnata da un aumento della resistenza allo stiramento passivo (O Dwyer, 1996). La conseguenza è una riduzione del range di movimento articolare e perdita di compliance del muscolo (Williams, 1988) Il raggiungimento del range normale di movimento è ancora possibile, però con l applicazione di una forza di intensità maggiore.
L aumento della resistenza passiva non è dipendente dalla presenza di un riflesso da stiramento tonico. I pazienti che hanno sia ipereccitabilità riflessa che contrattura non mostrano una resistenza maggiore di quelli che presentano solo contrattura. L aumento di resistenza passiva, e quindi l impressione clinica di ipertonia, sembra attribuibile più alla contrattura che alla ipereccitabilità riflessa (O Dwyer, 1996)
La contrattura muscolare non è conseguenza dei riflessi esagerati. E vero invece che la contrattura muscolare può potenziare il riflesso da stiramento. (O Dwyer, 1996) Un cambiamento di angolo articolare in un muscolo accorciato per contrattura aumenta l entità del riflesso tonico perché il muscolo viene portato, comparativamente, più vicino al limite del suo range fisiologico e pertanto: Aumenta la tensione prodotta a parità di allungamento (Nash et al, 1989; Ashby e Burke, 1971). Si determina uno stiramento maggiore dei fusi neuromuscolari Le forze sono trasmesse più rapidamente e senza attenuazioni a causa della maggiore stiffness dei tessuti.
La contrattura riguarda le proprietà passive non contrattili del muscolo, ma la riduzione della lunghezza della fibra muscolare comporta una alterazione delle caratteristiche della curva lunghezza/tensione del muscolo (Williams e Goldspink, 1978). La conseguenza è un aumento della coppia (torque) per ogni dato livello di reclutamento (Dietz et al, 1991; Ibrahim et al, 1993) La variabile controllata dal servomeccanismo spinale è la tensione muscolare ma, in seguito alla trasformazione delle UM, la regolazione della tensione muscolare si sposta ad un livello più basso della organizzazione neuromotoria, perdendo la capacità di regolazione del movimento veloce (Dietz e Berger, 1983; Dietz, 2000)
Nei pazienti spastici si manifesta un comportamento pseudostretch dovuto alle proprietà meccaniche, ed è questo il principale responsabile dell ipertonia muscolare. E quindi necessaria una distinzione fra ipereccitabilità riflessa e ipertonia nella spasticità. Vanno considerati i diversi contributi all ipertonia clinica, fra i quali quelli sostenuti dall adattamento secondario delle proprietà meccaniche del muscolo sembrano essere primari (O Dwyer, 1996)
Disturbi motori specifici possono essere ampiamente associati a meccanismi protettivi non specifici che rappresentano strategie stabilizzanti per l equilibrio. Si può osservare (Conrad, 1983): Aumento dell EMG totale Allargamento del range di reclutamento Disintegrazione dei profili di attività Il risultato è un aumento di stiffness delle articolazioni. Ipereccitabilità riflessa Alterate proprietà meccaniche Strategie Protettive aspecifiche Profilo funzionale spastico