«Quella mattina mi sono svegliato con un forte mal di testa e ho scoperto di non riuscire a muovere né la mano e la gamba destre, né a parlare». Questa è la testimonianza di Andrea Vianello – noto giornalista della RAI – rilasciata in varie interviste e poi descritta nel libro Ogni parola che sapevo (Mondadori, 2020), in cui racconta il lento e faticoso percorso di recupero seguito all’ictus che lo ha colpito.

L’ictus è un evento neurologico che si verifica d’improvviso (da cui il nome latino, che significa “colpo”), dovuto all’interruzione dell’apporto di sangue a una regione del cervello (ictus ischemico) a causa per esempio di un trombo oppure, meno frequentemente, a un’emorragia cerebrale (ictus emorragico). In entrambi i casi, la conseguenza dell’alterato apporto sanguigno è la morte delle cellule cerebrali interessate dall’evento.

Una delle conseguenze più comuni di un ictus – evento purtroppo relativamente diffuso, visto che colpisce ogni anno in Italia tra le 120.000 e le 190.000 persone – è la cosiddetta emiplegia o emiparesi, cioè la riduzione più o meno marcata della funzionalità di una gamba e/o di un braccio, provocata dalla paralisi dei muscoli controllati dalle aree cerebrali colpite dalla lesione. A seconda della gravità dell’evento, si può trattare di un problema transitorio, che si risolve spontaneamente, o al contrario di una lesione definitiva e invalidante in modo permanente. Tra i due estremi, una serie di situazioni estremamente variegata, su cui si può incidere efficacemente con trattamenti clinici, tra cui ha un ruolo particolarmente importante la fisioterapia.

Riacquistare la capacità di camminare dopo un ictus non significa solo reimparare a muovere le gambe: vuol dire riconquistare autonomia, sicurezza e capacità di partecipare attivamente alla vita quotidiana. Per raggiungere questo obiettivo, condizionato da molti fattori, tra cui l’età, la gravità della lesione subita, lo stato cognitivo e le condizioni di salute generali, occorre che il paziente si sottoponga a una riabilitazione mirata, volta a mantenere una buona funzionalità articolare e muscolare e soprattutto a favorire il recupero motorio, sfruttando la plasticità del sistema nervoso e la sua naturale predisposizione ad adattarsi ad una nuova condizione.

È ormai assodato che l’intervento riabilitativo ottimale deve comprendere diversi approcci terapeutici, realizzati da differenti figure professionali tra cui il fisioterapista, il terapista occupazionale, il logopedista, il neuropsicologo. Le funzioni che possono risultare ridotte in conseguenza ad un ictus sono infatti molteplici e riguardano oltre al mantenimento dell’equilibrio e della postura eretta, alla deambulazione e alla funzionalità degli arti superiori, anche la deglutizione, la fonazione, le capacità esplorative, l’attenzione, la memoria e altre.

Per quanto riguarda l’importante sfera del recupero della postura eretta e del cammino, negli ultimi anni, la riabilitazione robotica – ovvero una terapia di riabilitazione fisica eseguita con l’ausilio di sistemi meccanici in grado di muoversi autonomamente, mobilizzando il corpo del paziente – è entrata con decisione nella pratica clinica, offrendo intensità, ripetitività e misurabilità dell’allenamento; parallelamente, la stimolazione elettrica funzionale (FES), basata sulla stimolazione muscolare eseguita attraverso elettrodi applicati alla pelle, ha mostrato di poter riattivare selettivamente i muscoli parzialmente paralizzati e favorire la plasticità neurale.

La combinazione dei due approcci – robotica insieme a FES, utilizzate in sinergia con la fisioterapia convenzionale – rappresenta oggi una delle frontiere più promettenti per l’intervento riabilitativo dopo l’ictus. In questa direzione va il progetto PoCH Rehab guidato dall’IRCCS Fondazione Don Carlo Gnocchi di Milano, che sta validando clinicamente un sistema ibrido basato sull’esoscheletro TWIN, un sistema robotico, integrato con il sistema FitFES di stimolazione elettrica funzionale: i primi risultati sono incoraggianti e suggeriscono un miglioramento del cammino permanente e significativo.

Alla prova un sistema ibrido: il progetto PoCH Rehab

Il progetto PoCH Rehab (“Proof of Concept of Hybrid robotics for gait Rehabilitation of persons post-stroke”) è finanziato dal Ministero della Salute nell’ambito del PNRR (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza) e si svolge presso l’IRCCS milanese della Fondazione Don Gnocchi e il presidio ospedaliero di Cosenza dell’IRCCS INRCA, Istituto Nazionale di Ricovero e Cura per Anziani. Il protocollo prevede l’arruolamento nella ricerca, presso ciascuno dei due centri, di 25 persone con esiti di ictus e conseguenti difficoltà di deambulazione; l’obiettivo è sviluppare un sistema ibrido, che combini l’esoscheletro TWIN per gli arti inferiori con la FES fornita dal dispositivo FitFES, in modo da massimizzare l’attivazione muscolare residua e migliorare i parametri relativi al movimento. Il sistema ibrido viene confrontato ad un sistema puramente robotico, già in uso presso l’INRCA di Cosenza.

Il progetto è coordinato dal LAMoBiR (Laboratorio di Analisi del Movimento e Bioingegneria della Riabilitazione) della Fondazione Don Gnocchi, in collaborazione pluriennale con l’Istituto Italiano di Tecnologia IIT di Genova.

Il sistema in corso di validazione si basa su due elementi.

Il primo, denominato TWIN, è un esoscheletro robotizzato, cioè una struttura meccanica motorizzata che avvolge il bacino e gli arti inferiori, con la funzione di supportare il paziente durante il cammino, fornendo l’assistenza all’anca e al ginocchio della gamba plegica, nel momento in cui il paziente non riesce a muovere correttamente l’arto in autonomia.

Il secondo elemento è il FitFES, un dispositivo per la stimolazione elettrica funzionale.

TWIN è un esoscheletro modulare e regolabile, progettato dal Rehab Technologies Lab di IIT, in collaborazione con INAIL. Rispetto ad altri esoscheletri già disponibili, è pensato per migliorare vestibilità, portabilità e usabilità clinica. Da un punto di vista ingegneristico, TWIN adotta un’architettura di controllo aperta e programmabile, con modalità operative differenziate a seconda del livello di menomazione dell’utente: cammino completamente imposto, in caso di paralisi completa degli arti, oppure modalità assistita, che asseconda i movimenti residui.

Il dispositivo FitFES, anch’esso sviluppato in collaborazione tra la Fondazione Don Gnocchi e IIT, nasce da un prototipo sviluppato negli anni scorsi dal LAMoBiR della Fondazione Don Gnocchi, denominato MeCFES, ed è un sistema di stimolazione elettrica funzionale molto particolare. È noto dagli anni 60 del secolo scorso che applicando degli stimoli elettrici di intensità, durata e frequenza opportuna è possibile indurre la contrazione sia di muscoli sani sia paralizzati, riuscendo quindi a generare un movimento anche quando, a causa di una lesione del sistema nervoso centrale come quella provocata da un ictus, il paziente non è più in grado di contrarre uno o più muscoli volontariamente o vi riesce solo parzialmente, senza poter realizzare un movimento funzionale.

La peculiarità del dispositivo MeCFES è che l’intensità degli stimoli elettrici erogati è proporzionale al segnale elettromiografico (EMG) generato dai muscoli del paziente. Questo segnale elettrico, associato alla contrazione muscolare, viene controllato volontariamente dal paziente e può essere facilmente registrato con elettrodi posizionati sulla cute al di sopra del muscolo stesso.

Quando un muscolo è paretico – ma non completamente paralizzato – il segnale EMG è tipicamente ridotto, ma comunque rilevabile. Attraverso il sistema MeCFES è quindi possibile registrare il segnale volontario residuo di un muscolo paretico e, sulla base di questo, erogare una stimolazione allo stesso muscolo, per poter attivare anche la porzione di muscolo non più “reclutabile” volontariamente e, in definitiva, ottenere una contrazione più fisiologica e funzionale al movimento.

L’efficacia clinica del sistema MeCFES è stata dimostrata sia su pazienti con emiplegia a seguito di ictus che su pazienti con tetraplegia a seguito di lesione spinale. Il nuovo sistema FitFES sfrutta lo stesso principio di funzionamento del MeCFES, ma è stato riprogettato, grazie all’expertise tecnologica di IIT, sia nell’hardware sia nel software, con un approccio centrato sull’utente, in cui sono state tenute in considerazione le esigenze del paziente e dei professionisti clinici che ne fanno uso: medici, fisioterapisti, terapisti occupazionali.

Perché combinare robotica e FES?

Per migliorare una funzione motoria, sia in condizioni fisiologiche (si pensi al gesto sportivo di un atleta in fase di allenamento) sia patologiche (per esempio la ridotta capacità deambulatoria conseguente ad un ictus), è fondamentale realizzare un training che sia ripetitivo, intensivo e specifico. Questi sono infatti i principali elementi chiave che inducono un vero e proprio apprendimento motorio, basato sulla plasticità del sistema nervoso e l’adattabilità dell’apparato muscoloscheletrico.

I sistemi robotici, e in particolare gli esoscheletri, hanno proprio la prerogativa di permettere lo svolgimento di esercizi locomotori specifici e ripetitivi ad elevata intensità, anche su pazienti con difficoltà deambulatorie medio-gravi, sui quali gli interventi riabilitativi tradizionali, realizzati manualmente dai fisioterapisti, risulterebbero impossibili o particolarmente gravosi.

Dal suo lato la FES, quando sincronizzata con le fasi del cammino, potenzia l’attivazione muscolare e fornisce la temporizzazione corretta dei diversi muscoli, favorendo così l’esecuzione del movimento, aumentando la cadenza e la lunghezza del passo e migliorando la simmetria tra i movimenti dell’arto plegico e di quello controlaterale.

L’ipotesi, oggi sostenuta da diverse evidenze, è che l’approccio ibrido che combina l’impiego di esoscheletri con la FES, possa coniugare i vantaggi di entrambi i sistemi, favorendone l’efficacia nella riabilitazione.

La letteratura sulla riabilitazione del cammino assistita da Robot (la cosiddetta RAGT) pur eterogenea, indica benefici sulla funzione degli arti inferiori, equilibrio e capacità di cammino, specie se realizzata nella fase subacuta, cioè quella immediatamente successiva alla fase acuta di stabilizzazione del quadro clinico, che tipicamente si conclude dopo qualche giorno dall’ictus.

Riguardo alla FES, revisioni e studi clinici documentano effetti favorevoli su velocità del cammino, simmetria e regolarità dei movimenti degli arti e, nel medio periodo, possibili benefici terapeutici che si mantengono anche oltre il termine dei trattamenti con FES, soprattutto quando la stimolazione è adattiva, cioè non è fissa e stereotipata ma si adatta alle capacità residue e ai progressivi miglioramenti, ed è multi muscolare (per esempio interessa sia i muscoli anteriori che quelli posteriori della gamba).

Infine, la combinazione fra robotica e FES è supportata da un crescente corpo di lavori su sistemi ibridi (esoscheletri rigidi o soft exosuit con FES), che mostrano miglioramenti di simmetria, propulsione e controllo del movimento e sottolineano l’importanza del controllo adattivo per bilanciare l’assistenza robotica, la stimolazione elettrica e il contributo volontario, riducendo l’affaticamento muscolare.

L’elemento distintivo del progetto PoCH Rehab è l’integrazione stretta tra l’assistenza robotica di TWIN, che consente un cammino sul terreno (e non solo sul tapis roulant), e una FES controllata elettromiograficamente, tramite il sistema FitFES, orientata a “far lavorare” i muscoli invece di sostituirne la funzione come avverrebbe con un sistema robotico tradizionale.

In altre parole, l’esoscheletro aiuta a stabilizzare e guidare il corpo durante il cammino, mentre la FES sollecita selettivamente i muscoli chiave nelle diverse fasi del ciclo del passo, sincronizzandosi con l’intenzione motoria dell’utente: l’obiettivo è accrescere la partecipazione attiva del paziente e promuovere pattern di attivazione muscolare più fisiologici. Dai primi risultati, il sistema sembra promettente.

Lo studio è ancora aperto: si può partecipare

Il progetto PoCH-Rehab è entrato nelle sue fasi finali, ma il reclutamento dei pazienti da includere nei test è ancora in corso ed è quindi possibile partecipare, se si rientra nei criteri clinici previsti dal protocollo, tra i quali un’età maggiore di 18 anni e la presenza di problematiche locomotorie dovute ad ictus ischemico o emorragico.

Chi risiedesse nell’area di Milano o di Cosenza e fosse interessato a partecipare alle prove, indossando i sistemi robotici e utilizzandoli, indicativamente, per 3-4 sessioni di un’ora alla settimana, per una ventina di volte, può contattare via mail rispettivamente il team di ricerca del LAMoBiR del Centro Don Gnocchi di Milano ([email protected]) o quello dell’INRCA di Cosenza ([email protected]), specificando “Studio PoCH-Rehab” nell’oggetto della mail.