La modellizzazione per migliorare il processo decisionale clinico per i bambini con paralisi cerebrale
La paralisi cerebrale è causata da una lesione nello sviluppo del cervello del bambino che altera i percorsi neurali responsabili dell’attivazione muscolare. Poiché essa colpisce progressivamente la postura e il sistema muscolo-scheletrico, le attività di routine diventano più difficili. La spasticità o il tono muscolare anomalo, il ridotto controllo motorio e i disturbi dell’equilibrio compromettono l’andatura, rendendo difficile la camminata. Con l’età, queste anomalie aumentano, poiché le forze muscolari squilibrate e le contrazioni dei muscoli sollecitano posture di compensazione producendo progressive malformazioni scheletriche. Il progetto NORMAL-LOAD, supportato dall’UE, ha approfondito come il modo di camminare dei bambini con paralisi cerebrale influenzi i carichi collocati sulle ossa femorali delle loro cosce. La ricerca ha adoperato la modellizzazione al computer, che ha combinato l’analisi in 3D dell’andatura, le simulazioni muscolo-scheletriche e il metodo degli elementi finiti(si apre in una nuova finestra) per conoscere a fondo lo sviluppo osseo in questi bambini. «Il fatto che un chirurgo ortopedico dell’ospedale universitario di Lovanio abbia chiesto quali caratteristiche dell’andatura potrebbero cambiare la geometria del femore in base per lo più ai risultati della mia simulazione, mi ha fatto apprezzare il valore del nostro lavoro», dice Hans Kainz dell’Università cattolica di Lovanio(si apre in una nuova finestra).
Simulazioni meccanobiologiche
La terapia per correggere le anomalie muscolo-scheletriche e migliorare l’andatura nei bambini affetti da paralisi cerebrale spesso implica interventi di chirurgia ortopedica altamente invasivi. Tuttavia, la riuscita è solo parziale e molti pazienti non sperimentano alcun miglioramento. Grazie al supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), NORMAL-LOAD ha deciso di rispondere a due quesiti di ricerca clinica. In primo luogo, come si sviluppano le malformazioni femorali? In secondo luogo, gli interventi clinici di riduzione della spasticità possono alterare il carico muscolo-scheletrico ed evitare tali malformazioni? Inizialmente è stato creato un modello di femore utilizzando immagini di risonanza magnetica. Successivamente gli angoli articolari e i vari carichi sul femore sono stati calcolati in base al modello di deambulazione di 10 bambini in via di sviluppo sano e di quelli con paralisi cerebrale prima e dopo aver ricevuto interventi clinici di riduzione della spasticità. Del secondo gruppo, 14 bambini hanno ricevuto il trattamento standard con punture di tossina botulinica di tipo A, mentre 25 sono stati sottoposti a un’operazione per ridurre la spasticità nota come rizotomia dorsale selettiva(si apre in una nuova finestra). La modellizzazione al computer, conosciuta come metodo degli elementi finiti, è stata utilizzata per simulare la crescita del femore sotto diversi carichi. La principale differenza riscontrata è stata quella pelvica e del movimento dell’anca durante l’appoggio pieno del ciclo dell’andatura. Nei bambini con crescita anomala del femore, i loro movimenti portano a una minore forza orientata all’indietro tra l’articolazione dell’anca e il femore, impedendo l’estensione di anca e ginocchio e ostacolando un’andatura fluida. Inoltre il team ha dimostrato che le iniezioni hanno un minore impatto sulla crescita dell’osso femorale. Tuttavia, la simulazione ha fatto emergere che la rizotomia dorsale selettiva ha consentito all’osso femorale di crescere più del normale.
Ridurre sofferenza e costi
La paralisi cerebrale è il disturbo neurologico più diffuso nei bambini che si verifica ogni due-tre nascite su 1 000(si apre in una nuova finestra). Essa ha un costo sanitario e socio-economico a vita stimato in 800 000-860 000 euro(si apre in una nuova finestra) per ciascuna persona che ne è affetta. «I primi interventi clinici di modifica del carico per migliorare i modelli di deambulazione, come la rizotomia dorsale selettiva, possono ridurre le correzioni chirurgiche e quindi la sofferenza dei bambini con paralisi cerebrale», spiega Ilse Jonkers, la ricercatrice che supervisiona il progetto. Alcuni degli esiti del progetto, come i modelli e il flusso di lavoro, sono già consultabili gratuitamente(si apre in una nuova finestra). I restanti dati (codice, modelli e risultati) saranno caricati nella pagina del progetto NORMAL-LOAD(si apre in una nuova finestra) dopo la pubblicazione dei documenti di ricerca, una priorità su cui il team sta attualmente lavorando. Tuttavia, prima che il flusso di lavoro del progetto possa essere usato in studi clinici, dovrà essere ulteriormente convalidato utilizzando immagini mediche ricavate dalla stessa persona in diversi periodi di tempo, per seguire l’effettiva crescita delle ossa. Kainz, che oggi è assistente docente all’Università di Vienna, sta supervisionando l’attività di un dottorando proprio a questo scopo.
