Modelowanie w celu usprawnienia procesu podejmowania decyzji klinicznych w odniesieniu do dzieci z porażeniem mózgowym
Porażenie mózgowe jest spowodowane przez zmianę w rozwijającym się mózgu dziecka, modyfikującą wzorce neuronowe odpowiedzialne za aktywowanie mięśni. Jako że wpływa to postępująco na postawę i układ mięśniowo-szkieletowy, rutynowe czynności stają się coraz trudniejsze. Spastyczność lub nieprawidłowe napięcie mięśniowe, ograniczona kontrola motoryczna oraz zaburzona równowaga wpływają negatywnie na chód, przez co chodzenie staje się trudniejsze. Wraz z wiekiem te nieprawidłowości potęgują się, jako że niezbalansowane siły mięśniowe i skurcze mięśni wymuszają postawy kompensacyjne, co skutkuje postępującymi deformacjami szkieletowymi. Twórcy finansowanego ze środków UE projektu NORMAL-LOAD zbadali, w jaki sposób wzorzec chodzenia dzieci z porażeniem mózgowym wpływa na obciążenia ich kości udowych. W badaniu wykorzystano technikę modelowania komputerowego. W technice tej połączono analizę chodu 3D, symulacje mięśniowo-szkieletowe oraz analizę elementów skończonych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), aby dowiedzieć się więcej na temat rozwoju kości u tych dzieci. „Kiedy chirurg ortopedyczny ze szpitala uniwersyteckiego w Leuven zapytał mnie, które właściwości chodu mogą najbardziej wpłynąć na geometrię kości udowej w oparciu o wyniki mojej symulacji, naprawdę doceniłem wartość naszej pracy”, stwierdza Hans Kainz z Katolickiego Uniwersytetu w Leuven(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Symulacje mechaniczno-biologiczne
Leczenie mające na celu skorygowanie nieprawidłowości mięśniowo-szkieletowych i usprawnienie chodu u dzieci z porażeniem mózgowym często wiąże się z wysoce inwazyjnymi chirurgicznymi zabiegami ortopedycznymi. Jednakże skuteczność takich zabiegów jest ograniczona – u wielu pacjentów nie zauważa się żadnej poprawy. Korzystając ze wsparcia działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), twórcy projektu NORMAL-LOAD postanowili odpowiedzieć na dwa pytania stawiane w klinicznych badaniach naukowych. Po pierwsze: jak powstają deformacje kości udowej? Po drugie: czy interwencje kliniczne ograniczające spastyczność zmieniają obciążenie mięśniowo-szkieletowe i pozwalają uniknąć takich deformacji? Na początku utworzono model kości udowej, wykorzystując obrazy pozyskane metodą rezonansu magnetycznego. Następnie obliczono wspólne kąty i różne obciążenia kości udowej w oparciu o wzorzec chodzenia 10 rozwijających się zdrowo dzieci oraz dzieci z porażeniem mózgowym przed i po zastosowaniu interwencji klinicznych ograniczających spastyczność. W tej drugiej grupie 14 dzieci otrzymało standardowe leczenie w postaci zastrzyków z toksyny botulinowej A oraz 25 operacji w celu ograniczenia spastyczności, znanych pod nazwą selektywnej rizotomii grzbietowej(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Modelowanie komputerowe, zwane analizą elementów skończonych, wykorzystano w celu symulacji wzrostu kości udowej przy różnych obciążeniach. Główną znalezioną różnicą były ruchy miednicy i bioder na środkowym etapie cyklu chodu. U dzieci, u których wzrost kości udowej przebiega nieprawidłowo, takie ruchy skutkują mniejszą siłą skierowaną w tył pomiędzy stawem biodrowym a kością udową, co hamuje wyprost biodra i kolana, utrudniając płynny chód. Dodatkowo zespół wykazał, że zastrzyki mają niewielki wpływ na wzrost kości udowej, zaś w symulacji można było zaobserwować, że selektywna rizotomia grzbietowa umożliwia bardziej prawidłowy wzrost tej kości.
Ograniczenie cierpienia, a przy okazji i kosztów
Porażenie mózgowe to najpowszechniej występujące zaburzenie neurologiczne u dzieci – występuje w przypadku 2–3 porodów na 1 000(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Szacowane koszty opieki zdrowotnej nad chorym i koszty społeczno-ekonomiczne przez całe jego życie to kwoty rzędu od 800 000 euro do 860 000 euro(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Wczesne interwencje kliniczne zmieniające obciążenie, mające na celu poprawę wzorców chodzenia, takie jak selektywna rizotomia grzbietowa, mogą ograniczyć liczbę wymaganych korekt chirurgicznych, a tym samym cierpienie dzieci z porażeniem mózgowym”, wyjaśnia Ilse Jonkers, koordynatorka projektu. Niektóre wyniki projektu, takie jak modele i sposób pracy, są już dostępne bezpłatnie(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Pozostałe dane (kod, modele i wyniki) zostaną przesłane na stronę projektu NORMAL-LOAD(odnośnik otworzy się w nowym oknie) po opublikowaniu dokumentacji badania – zespół pracuje obecnie nad tym priorytetowym zadaniem. Jednakże zanim sposób pracy sprawdzony w projekcie NORMAL-LOAD będzie można zastosować w badaniach klinicznych, trzeba go dodatkowo zwalidować, stosując obrazy medyczne tej samej osoby uzyskane w różnych okresach czasu, tak by można było śledzić faktyczny wzrost kości. Kainz jest obecnie adiunktem na Uniwersytecie w Wiedniu i promotorem studenta studiów doktoranckich, który zajmuje się właśnie tym zadaniem.
